在生产者-消费者模式中，我们常常会使用到队列，这个队列在多个线程共享访问时存在互斥和竞争操作, 意味着每次访问都要加锁。如何更好的如何减少锁竞争次数呢 ?今天要介绍的双缓冲队列就是个不错的选择。
双缓冲队列就是冲着同步/互斥的开销来的。我们知道，在多个线程并发访问同一个资源的时候，需要特别注意线程的同步问题。稍稍不注意，噢货，程序结果不正确了。
原理
直接上图：
这样为什么会减少锁的调用呢?
举个例子，
两个List，一个用来存，一个用来取。有点迷糊？就是有一个listP从工厂那里得到玩具对象，另外一个listT就专门把它得到的玩具对象送去给Kid类处理。当listT变成空的了以后，再将listP中在这段时间内取到的所有玩具对象放到listT中，好，这完了之后，他们两个就又各自干各自的去了:listP再去取，listT再去送。这样是不是就减少了很多次的线程同步呢？至少，在它们交换之前，listP是完全被工厂类线程占有，listT是完全被Kid类线程占有的，不用处理同步。只有在listT放完了，没得给了，再去跟ListP换过来，这个时候就要处理同步了。(对比一下，原先是工厂生产一个加把锁，往队列里塞一个。消费者加一把锁，从队列里取一个。双队列可以一下取很多，是不是节约了资源呢)
阻塞队列相较于原始的生产者消费者也可以提高效率，下一篇再进行分析
转一个别人的实现
二、生产者消费者-双缓冲
一个公共缓存区，由于多线程访问的锁冲突较大，可以采取双缓冲手段来解决锁的冲突
双缓冲的关键：双缓冲队列的数据交换
1）生产者线程不断的向生产者队列A写入数据，当队列中有数据时，进行数据的交换，交换开始启动时通过条件变量通知交换线程来处理最先的数据交换。
2）数据交换完成后，通过条件变量通知消费者处理数据，此时交换线程阻塞到消费者数据处理完成时通知的条件变量上。
3）消费者收到数据交换后的通知后，进行数据的处理，数据处理完成后，通知交换线程进行下一轮的双缓冲区的数据交换。
要点：
生产者除了在数据交换时，其余时刻都在不停的生产数据。
数据交换队列需要等待消费者处理数据完成的通知，以进行下一轮交换。
消费者处理数据时，不进行数据交换，生产者同时会不断的生产数据，消费者需要等待数据交换完成的通知，并且发送消费完成的通知给交换线程
使用条件变量的版本实现
1 typedef struct Mutex_Condition{
2 std::mutex mt;
3 std::condition_variable cv;
4 }Mutex_Condition;
5
6 class Produce_1 {
7 public:
8 Produce_1(std::queue<int> * que_1, std::queue<int> * que_2, Mutex_Condition * mc_1 , Mutex_Condition * mc_2) {
9 m_read_que = que_1;
10 m_writer_que = que_2;
11 m_read_mc = mc_1;
12 m_writer_mc = mc_2;
13 m_stop = false;
14
15 }
16 void runProduce() {
17 while (!m_stop) {
18 std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(20 * 1000));
19 std::lock_guard<std::mutex> lgd(m_writer_mc->mt);
20 m_writer_que->push(1);
21 m_writer_mc->cv.notify_one();
22 std::cout << "m_writer push" << std::endl;
23 }
24
25 }
26 void join() {
27 m_trd->join();
28 m_trd.reset();
29 }
30 void start() {
31 m_trd.reset(new std::thread(std::bind(std::mem_fun(&Produce_1::runProduce), this)));
32 }
33 void stop() {
34 m_stop = true;
35 }
36 private:
37 Mutex_Condition * m_read_mc;
38 Mutex_Condition * m_writer_mc;
39 std::queue<int> * m_read_que;
40 std::queue<int> * m_writer_que;
41 volatile bool m_stop;
42 std::shared_ptr<std::thread> m_trd;
43 };
44
45
46 class Consume_1 {
47 public:
48 Consume_1(std::queue<int> * que_1, std::queue<int> * que_2, Mutex_Condition * mc_1,Mutex_Condition * mc_2,Mutex_Condition * switch_mc) {
49 m_read_que = que_1;
50 m_writer_que = que_2;
51 m_read_mc = mc_1;
52 m_writer_mc = mc_2;
53 m_stop = false;
54 m_switch_mc = switch_mc;
55 }
56
57 void runConsume() {
58 while (!m_stop) {
59 while (true) {
60 std::unique_lock<std::mutex> ulg(m_read_mc->mt);
61 while (m_read_que->empty()) {
62 m_read_mc->cv.wait(ulg);
63 }
64 //deal data
65 //std::lock_guard<std::mutex> ulg(m_read_mc->mt);
66 while (!m_read_que->empty()) {
67 m_read_que->pop();
68 std::cout << "m_read_queue pop" << std::endl;
69 }
70 m_switch_mc->cv.notify_one();
71 }
72 }
73 }
74 void join() {
75 m_trd->join();
76 m_trd.reset();
77 }
78 void start() {
79 m_trd.reset(new std::thread(std::bind(std::mem_fun(&Consume_1::runConsume), this)));
80 }
81 void stop() {
82 m_stop = true;
83 }
84 private:
85 Mutex_Condition * m_read_mc;
86 Mutex_Condition * m_writer_mc;
87 Mutex_Condition * m_switch_mc;
88 std::queue<int> * m_read_que;
89 std::queue<int> * m_writer_que;
90 volatile bool m_stop;
91 std::shared_ptr<std::thread> m_trd;
92 };
93 void que_switch_trd(std::queue<int> * read_que, std::queue<int> * writer_que, Mutex_Condition * read_mc, Mutex_Condition * writer_mc,Mutex_Condition * switch_mc) {
94 while (true) {
95 {
96 std::unique_lock<std::mutex> ulg(writer_mc->mt);
97 while (writer_que->empty()) {
98 writer_mc->cv.wait(ulg);
99 }
100 std::lock_guard<std::mutex> ulg_2(read_mc->mt);
101 std::swap(*read_que, *writer_que);
102 std::cout << "switch queue" << std::endl;
103 if (!read_que->empty()) {
104 read_mc->cv.notify_one();
105 }
106 }
107 std::unique_lock<std::mutex> ulg_2(switch_mc->mt);
108 while (!read_que->empty()) {
109 switch_mc->cv.wait(ulg_2);
110 }
111 }
112 }
113 int main(){
114
115 Mutex_Condition mc_1;
116 Mutex_Condition mc_2;
117 Mutex_Condition mc_3;
118 std::queue<int> que_1;
119 std::queue<int> que_2;
120
121 Produce_1 produce_1(&que_1, &que_2, &mc_1, &mc_2);
122 Consume_1 consume_1(&que_1, &que_2, &mc_1, &mc_2,&mc_3);
123
124 std::thread trd(std::bind(&que_switch_trd, &que_1, &que_2, &mc_1, &mc_2,&mc_3));
125 produce_1.start();
126 consume_1.start();
127
128 produce_1.join();
129 consume_1.join();
130 trd.join();
131
132 return 0;
133 }
原文链接: https://www.cnblogs.com/wangshaowei/p/10744894.html
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