Linux环形队列生产者消费者模型详解（基于多线程同步的实战教程）

2. Linux多线程同步基石：互斥锁与条件变量

在Linux多线程环境中，共享资源（如环形队列）需要互斥锁（pthread_mutex_t）保护，防止数据竞争。同时，条件变量（pthread_cond_t）让线程在资源不可用时挂起等待，并在资源可用时被唤醒，避免忙等待。这正是生产者消费者模型高效运行的关键。

3. 模型设计：环形队列+条件变量

我们设计一个整型环形队列作为共享缓冲区，定义两个条件变量：not_full（队列未满，生产者可生产）和not_empty（队列非空，消费者可消费）。生产者在队列满时等待not_full，插入数据后通知not_empty；消费者在队列空时等待not_empty，取出数据后通知not_full。

4. 代码实现（关键片段）

    // 环形队列结构typedef struct {    int data;    int capacity;    int front, rear;    int count;          // 当前元素个数    pthread_mutex_t mutex;    pthread_cond_t not_full, not_empty;} circular_queue;// 生产者void producer(void* arg) {    circular_queue* q = (circular_queue*)arg;    for (int i = 0; i < 100; ++i) {        pthread_mutex_lock(&q->mutex);        while (q->count == q->capacity)  // 队列满            pthread_cond_wait(&q->not_full, &q->mutex);        q->data[q->rear] = i;            // 生产数据        q->rear = (q->rear + 1) % q->capacity;        q->count++;        pthread_cond_signal(&q->not_empty);        pthread_mutex_unlock(&q->mutex);    }    return NULL;}// 消费者void* consumer(void* arg) {    circular_queue* q = (circular_queue*)arg;    for (int i = 0; i < 100; ++i) {        pthread_mutex_lock(&q->mutex);        while (q->count == 0)             // 队列空            pthread_cond_wait(&q->not_empty, &q->mutex);        int val = q->data[q->front];       // 消费数据        q->front = (q->front + 1) % q->capacity;        q->count--;        pthread_cond_signal(&q->not_full);        pthread_mutex_unlock(&q->mutex);    }    return NULL;}  

上述代码展示了如何在Linux下利用互斥锁和条件变量保护环形队列，实现线程安全的生产者消费者模型。注意while循环判断条件，防止虚假唤醒。

5. 编译与运行

在Linux终端使用gcc编译：gcc -o prodcons prodcons.c -lpthread。运行程序，生产者不断放入数据，消费者不断取出数据，整个过程无数据丢失或重复，体现了环形队列与条件变量配合的优越性。

总结

本文详细介绍了基于环形队列的生产者消费者模型在Linux下的实现，涵盖了多线程同步的核心概念——互斥锁和条件变量。通过此模型，开发者可以深入理解并发编程的同步技巧，为复杂系统设计打下基础。