C 中的生产者-消费者线程安全环形缓冲区

Question

在C语言中，我有多个线程生成long值，并且一个线程消费它们。因此，我需要一个固定大小的缓冲区，以类似于维基百科实现的方式实现，并且以线程安全的方式访问它的方法。

从一般层面上讲，应该遵循以下几点：

• 当向满缓冲区添加内容时，线程应被阻塞（不要覆盖旧值）。
• 消费者线程应该被阻塞，直到缓冲区已满-它的工作成本很高，应尽可能多地完成工作。（这是否需要双缓冲解决方案？）

我想使用经过验证的实现，最好是来自库。有什么建议吗？

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动机和解释：

我正在编写处理在堆对象中保留的全局引用作为标签的JNI代码。

当发生ObjectFree JVMTI事件时，我会获得一个代表需要使用DeleteGlobalRef释放的全局引用的long标记。为此，我需要一个JNIEnv引用 - 而获取它是非常昂贵的，因此我想要缓冲请求并尽可能多地删除它们。

可能会有许多线程接收ObjectFree事件，并且将有一个线程（我的）执行引用删除。

- vektor

Answer 1

您可能需要考虑条件。看一下这个消费者的代码片段：

while( load == 0 )
    pthread_cond_wait( &notEmpty, &mutex );

它的作用是检查负载（存储列表中元素数量的位置）是否为零，如果是零，它将等待生产者生成新项目并将其放入列表中。
当生产者想要将项目放入满列表中时，您应该实现相同的条件。

- Rsh

Answer 2

您可以使用单个缓冲区，在访问时加锁。您需要跟踪使用了多少元素。对于“信号”，您可以使用条件变量。其中一个由生产者线程触发，每当它们将数据放入队列中时；这会释放消费者线程以处理队列直到为空。另一个由消费者线程触发，当它清空队列时；这会向任何被阻塞的生产者线程发出信号以填充队列。对于消费者，我建议在释放锁之前锁定队列并尽可能多地取出（以避免太多锁），特别是因为出队操作简单且快速。

更新
一些有用的链接：
* 维基百科解释
* POSIX线程
* MSDN

- Ioan

Answer 3

有两种可能性：

a) 使用malloc()函数分配一个*Buffer结构体，其中包含一个数组来保存一些长整型和一个索引 - 不需要锁定。每个生产者线程都要malloc()自己的*Buffer并开始加载数据。当生产者线程填满最后一个数组位置时，将*Buffer排队到生产者-消费者队列上，并立即malloc()一个新的*Buffer。消费者获取*Buffers并处理它们，然后free()它们（或将它们排队到其他地方，或将它们推回到池中以供生产者重新使用）。这避免了对缓冲区本身的任何锁定，只留下P-C队列上的锁定。问题在于，只偶尔生成长整型的生产者直到其*Buffer被填满才能处理其数据，这可能需要一些时间（在这种情况下，您可以在数组填满之前将缓冲区推迟）。

b) 声明一个Buffer结构体，其中包含一个长整型数组和一个索引。使用互斥锁/条件变量/临界区进行保护。只malloc()一个共享的*Buffer，并让所有线程获取锁，在其长整型数据上执行push操作，然后释放锁。如果一个线程在最后一个数组位置上执行push操作，则将*Buffer排队到生产者-消费者队列上，立即malloc()一个新的*Buffer，然后释放锁。消费者获取*Buffers并处理它们，然后free()它们（或将它们排队到其他地方，或将它们推回到池中以供生产者重新使用）。

- Martin James

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你好，谢谢。不幸的是我的C语言水平不够，不确定你的答案是否真正适用于C语言——它似乎是针对C++的。你能否请澄清一下？ - vektor

糟糕！！！！！！在编辑中，我会将“class”替换为“struct”，将“new”替换为“malloc()”，将“delete()”替换为“free()”。我的错误：（（ - Martin James