多线程十大经典案例之一 双线程读写队列数据

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在《秒杀多线程系列》的前十五篇中介绍多线程的相关概念，多线程同步互斥问题《秒杀多线程第四篇一个经典的多线程同步问题》及解决多线程同步互斥的常用方法——关键段、事件、互斥量、信号量、读写锁。为了让大家更加熟练运用多线程，将会有十篇文章来讲解十个多线程使用案例，相信看完这十篇后会让你能更加游刃有余的使用多线程。

首先来看第一篇——《秒杀多线程第十六篇 多线程十大经典案例之一 双线程读写队列数据》

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》案例描述：

MFC对话框中一个按钮的响应函数实现两个功能：
显示数据同时处理数据，因此开两个线程，一个线程显示数据（开了一个定时器，响应WM_TIMER消息按照一定时间间隔向TeeChart图表添加数据并显示）同时在队列队尾添加数据，另一个线程从该队列队头去数据来处理。

本案例来源于http://bbs.csdn.NET/topics/390383114，感谢hehening88提供题目，特此鸣谢。

下面就来解决这个案例。先来分析下。

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》案例分析：

这个案例是一个线程向队列中的队列头部读取数据，一个线程向队列中的队列尾部写入数据。看起来很像读者写者问题（见《秒杀多线程第十一篇读者写者问题》和《秒杀多线程第十四篇读者写者问题继读写锁SRWLock》），但其实不然，如果将队列看成缓冲区，这个案例明显是个生产者消费者问题（见《秒杀多线程第十篇生产者消费者问题》）。因此我们仿照生产者消费者的思路来具体分析下案例中的“等待”情况：

    1.     当队列为空时，读取数据线程必须等待写入数据向队列中写入数据。也就是说当队列为空时，读取数据线程要等待队列中有数据。

    2.     当队列满时，写入数据线程必须等待读取数据线程向队列中读取数据。也就是说当队列满时，写入数据线程要等待队列中有空位。

在访问队列时，需要互斥吗？这将依赖于队列的数据结构实现，如果使用STL中的vector，由于vector会动态增长。因此要做互斥保护。如果使用循环队列，那么读取数据线程拥有读取指针，写入数据线程拥有写入指针，各自将访问队列中不同位置上的数据，因此不用进行互斥保护。

分析完毕后，再来考虑使用什么样的数据结构，同样依照《秒杀多线程第十篇生产者消费者问题》中的做法。使用两个信号量，一个来记录循环队列中空位的个数，一个来记录循环队列中产品的个数（非空位个数）。代码非常容易写出，下面给出完整的源代码。

代码中的信号量相关函数可以参考《秒杀多线程第八篇经典线程同步信号量Semaphore》，代码中的SetConsoleColor是用来改变控制台的文字颜色，具体可以参考《VC 控制台颜色设置》。

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》完整代码：

//秒杀多线程第十六篇 多线程十大经典案例之一 双线程读写队列数据
//http://blog.csdn.net/MoreWindows/article/details/8646902
#include <stdio.h>
#include <process.h>
#include <windows.h>
#include <time.h>
const int QUEUE_LEN = 5;
int g_arrDataQueue[QUEUE_LEN];
int g_i, g_j, g_nDataNum;
//关键段 用于保证互斥的在屏幕上输出
CRITICAL_SECTION g_cs;
//信号量 g_hEmpty表示队列中空位 g_hFull表示队列中非空位
HANDLE     g_hEmpty, g_hFull;
//设置控制台输出颜色
BOOL SetConsoleColor(WORD wAttributes)
{
    HANDLE hConsole = GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE);
    if (hConsole == INVALID_HANDLE_VALUE)
        return FALSE;
    return SetConsoleTextAttribute(hConsole, wAttributes);
}
//读数据线程函数
unsigned int __stdcall ReaderThreadFun(PVOID pM)
{
    int nData = 0;
    while (nData < 20)
    {
        WaitForSingleObject(g_hFull, INFINITE);
        nData = g_arrDataQueue[g_i];
        g_i = (g_i + 1) % QUEUE_LEN;
        EnterCriticalSection(&g_cs);
        printf("从队列中读数据%d
", nData);
        LeaveCriticalSection(&g_cs);
        Sleep(rand() % 300);
        ReleaseSemaphore(g_hEmpty, 1, NULL);
    }
    return 0;
}
//写数据线程函数
unsigned int __stdcall WriterThreadFun(PVOID pM)
{
    int nData = 0;
    while (nData < 20)
    {
        WaitForSingleObject(g_hEmpty, INFINITE);
        g_arrDataQueue[g_j] = ++nData;                            //注意这里   nData++; 和 ++nData的区别  导致最后一个数读不出来
        g_j = (g_j + 1) % QUEUE_LEN;
        EnterCriticalSection(&g_cs);
        SetConsoleColor(FOREGROUND_GREEN);
        printf("    将数据%d写入队列
", nData);
        SetConsoleColor(FOREGROUND_RED | FOREGROUND_GREEN | FOREGROUND_BLUE);
        LeaveCriticalSection(&g_cs);
        Sleep(rand() % 300);
        ReleaseSemaphore(g_hFull, 1, NULL);
    }
    return 0;
}
int main()
{
    printf("     秒杀多线程第十六篇 多线程十大经典案例 双线程读写队列数据
");
    printf(" - by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows/article/details/8646902 ) -

");

    InitializeCriticalSection(&g_cs);
    g_hEmpty = CreateSemaphore(NULL, QUEUE_LEN, QUEUE_LEN, NULL);
    g_hFull = CreateSemaphore(NULL, 0, QUEUE_LEN, NULL);

    srand(time(NULL));
    g_i = g_j = 0;
    HANDLE hThread[2];
    hThread[0] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ReaderThreadFun, NULL, 0, NULL);
    hThread[1] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, WriterThreadFun, NULL, 0, NULL);

    WaitForMultipleObjects(2, hThread, TRUE, INFINITE);

    for (int i = 0; i < 2; i++)
        CloseHandle(hThread[i]);
    CloseHandle(g_hEmpty);
    CloseHandle(g_hFull);
    DeleteCriticalSection(&g_cs);
    return 0;
}

《多线程十大经典案例之一双线程读写队列数据》运行结果：

程序运行结果如下：

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