生产消费者模型

article/2025/9/28 8:29:29

生产消费者模型中包含三个部分,生产者、消费者和交易场所。其中涉及如下的关系:

(1)生产者和生产者之间的关系:由于生产者的生产面向的都是交易场所,所以生产者之间是存在竞争关系的,就像一家超市同一件商品的不同供货商。所以生产者之间是互斥的,而互斥的关系需要通过加锁来维持正常运转。

(2)消费者和消费者之间的关系:就像去同一家超市购买同一件商品的不同消费者而言,消费者之间也是存在竞争关系的。(无论是生产者之间还是消费者之间,需求的都是同样的资源,所以相互之间是一定存在竞争关系的)

(3)生产者和消费者之间的关系:生产者和消费者之间既存在同步关系也存在互斥关系。存在互斥关系是因为无论是生产者还是消费者,都需要面向交易场所,而如果生产者和消费者同时对交易场所进行操作的话,难免会相互造成影响,所以二者之间存在互斥关系。不过,为了维持生产消费者模型的正常运转,生产者和消费者之间也要存在同步关系,亦即相互之间根据彼此的状况对自身进行调整,否则,会出现供大于求的情况,导致冗余问题,或者供小于求的情况,导致饥饿问题。因此,生产者和消费者在互斥的基础上也要维持同步。其中互斥关系一般借助互斥锁来实现,而同步关系一般借助条件变量来实现

交易场所一般指内存中的一段缓冲区,具有临时保存数据的功能。

 

生产消费者模型的意义:

(1)解耦:对于一个普通的函数而言,其按部就班的从上到下运行,不过当涉及一个函数调用的时候,从调用这个函数、把参数传递给这个函数、再到这个函数把运行结果返回给主程序,在这段过程中,主程序是什么都不能做的,只能卡在那里,等待处理结果,这就会浪费很多时间。也就是说此时,数据的发送方(主程序)和数据的处理方(被调用的函数)之间是紧耦合的。

 相比之下,如果使用生产消费者模型,由于交易场所(缓冲区)的存在,数据的生产者(主程序)可以直接将生产出的数据放到交易场所中,在这之后有关这些数据的具体细节就不需要生产者关注了,可以继续去运行。消费者也同理,也就是由于生产消费者模型的存在,借助缓冲区,让生产者和消费者之间实现了解耦,不需要相互之间等待,影响效率。

(2)支持忙闲不均:由于缓冲区的存在,使得哪怕数据的生产和消费速率不一致,整个模型也可以正常工作。当然,缓冲区的大小是有限的,所以生产者和消费者也要随时借助条件变量来调整自己的工作状态。


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