生成者和使用者问题（生产者和消费者问题）

下边代码 1 中包含两个此类队列。一个队列 (less) 针对生成方，用于等待缓冲区中出现空位置。另一个队列 (more) 针对使用者，用于等待从缓冲槽位的空位置中提取其中包含的信息。该示例中还包含一个互斥锁，因为描述该缓冲区的数据结构一次只能由一个线程访问。

//生成方和使用者的条件变量问题
typedef struct {

    char buf[BSIZE];

    int occupied;

    int nextin;

    int nextout;

    pthread_mutex_t mutex;

    pthread_cond_t more;

    pthread_cond_t less;

} buffer_t;


buffer_t buffer;

如 代码片 2 中所示，生成方线程获取该互斥锁以保护 buffer 数据结构，然后，缓冲区确定是否有空间可用于存放所生成的项。如果没有可用空间，生成方线程会调用 pthread_cond_wait()。pthread_cond_wait() 会导致生成方线程连接正在等待 less 条件获得信号的线程队列。less 表示缓冲区中的可用空间。

与此同时，在调用 pthread_cond_wait() 的过程中，该线程会释放互斥锁的锁定。正在等待的生成方线程依赖于使用者线程在条件为真时发出信号，如代码片 2 中所示。该条件获得信号时，将会唤醒等待 less 的第一个线程。但是，该线程必须再次锁定互斥锁，然后才能从 pthread_cond_wait() 返回。

获取互斥锁可确保该线程再次以独占方式访问缓冲区的数据结构。该线程随后必须检查缓冲区中是否确实存在可用空间。如果空间可用，该线程会向下一个可用的空位置中进行写入。

与此同时，使用者线程可能正在等待项出现在缓冲区中。这些线程正在等待条件变量 more。刚在缓冲区中存储内容的生成方线程会调用 pthread_cond_signal() 以唤醒下一个正在等待的使用者。如果没有正在等待的使用者，此调用将不起作用。

最后，生成方线程会解除锁定互斥锁，从而允许其他线程处理缓冲区的数据结构。

 生成方和使用者问题：生成方

void producer(buffer_t *b, char item)

{

    pthread_mutex_lock(&b->mutex); 

    while (b->occupied >= BSIZE)

        pthread_cond_wait(&b->less, &b->mutex);

    assert(b->occupied < BSIZE);

    b->buf[b->nextin++] = item;

    b->nextin %= BSIZE;

    b->occupied++;

    /* now: either b->occupied < BSIZE and b->nextin is the index

       of the next empty slot in the buffer, or

       b->occupied == BSIZE and b->nextin is the index of the

       next (occupied) slot that will be emptied by a consumer

       (such as b->nextin == b->nextout) */

    pthread_cond_signal(&b->more);

    pthread_mutex_unlock(&b->mutex);

}

请注意 assert() 语句的用法。除非在编译代码时定义了 NDEBUG，否则 assert() 在其参数的计算结果为真（非零）时将不执行任何操作。如果参数的计算结果为假（零），则该程序会中止。在多线程程序中，此类断言特别有用。如果断言失败，assert() 会立即指出运行时问题。assert() 还有另一个作用，即提供有用的注释。

以 /* now: either b->occupied ... 开头的注释最好以断言形式表示，但是由于语句过于复杂，无法用布尔值表达式来表示，因此将用英语表

断言和注释都是不变量的示例。这些不变量是逻辑语句，在程序正常执行时不应将其声明为假，除非是线程正在修改不变量中提到的一些程序变量时的短暂修改过程中。当然，只要有线程执行语句，断言就应当为真。

使用不变量是一种极为有用的方法。即使没有在程序文本中声明不变量，在分析程序时也应将其视为不变量。

每次线程执行包含注释的代码时，生成方代码中表示为注释的不变量始终为真。如果将此注释移到紧挨 mutex_unlock() 的后面，则注释不一定仍然为真。如果将此注释移到紧跟 assert() 之后的位置，则注释仍然为真。

因此，不变量可用于表示一个始终为真的属性，除非一个生成方或一个使用者正在更改缓冲区的状态。线程在互斥锁的保护下处理缓冲区时，该线程可能会暂时声明不变量为假。但是，一旦线程结束对缓冲区的操作，不变量即会恢复为真。

代码片 3  给出了使用者的代码。该逻辑流程与生成方的逻辑流程相对称。

生成方和使用者问题：使用者

char consumer(buffer_t *b)

{

    char item;

    pthread_mutex_lock(&b->mutex);

    while(b->occupied <= 0)

        pthread_cond_wait(&b->more, &b->mutex);

    assert(b->occupied > 0);

    item = b->buf[b->nextout++];

    b->nextout %= BSIZE;

    b->occupied--;

    /* now: either b->occupied > 0 and b->nextout is the index

       of the next occupied slot in the buffer, or

       b->occupied == 0 and b->nextout is the index of the next

       (empty) slot that will be filled by a producer (such as

       b->nextout == b->nextin) */

    pthread_cond_signal(&b->less);

    pthread_mutex_unlock(&b->mutex);

    return(item);
}