1.模型前提

以单生产者对单消费者为例子：

前提一：有一个缓冲区作为消费场所。

前提二：有两种功能不同的线程分别具有消费与生产的能力。

前提三：生产者与生产者之间有互斥的关系，消费者与消费者之间有互斥的关系，生产者与消费者之间同时具有互斥与同步的关系。

2.阻塞队列（消费场所）

阻塞队列与普通队列最大的不同是：当队列满时生产者不能继续生产，当队列空时消费者不能继续消费。

3. 实验

来展示一份多线程工作遵循生产者消费者模型的代码。

部分1：设置消费的模板（task.hpp）

#pragma once

#include <iostream>
#include <functional>

typedef std::function<int(int, int)> func_t;//c++11特性打包器

class Task
{

public:
    Task(){}
    Task(int x, int y, func_t func):x_(x), y_(y), func_(func)
    {}
    int operator ()() //仿函数
    {
        return func_(x_, y_);
    }
public:
    int x_;
    int y_;
    func_t func_;
};

部分2：采用raii的方式设置锁的处置方式（lockGuard.hpp）

#pragma once

#include <iostream>
#include <pthread.h>

class Mutex 
{
public:
    Mutex(pthread_mutex_t *mtx):pmtx_(mtx)
    {}
    void lock() 
    {
        std::cout << "要进行加锁" << std::endl;
        pthread_mutex_lock(pmtx_);
    }
    void unlock()
    {
        std::cout << "要进行解锁" << std::endl;
        pthread_mutex_unlock(pmtx_);
    }
    ~Mutex()
    {}
private:
    pthread_mutex_t *pmtx_;
};

// RAII风格的加锁方式
class lockGuard
{
public:
    //构造时加锁
    //析构时解锁
    lockGuard(pthread_mutex_t *mtx):mtx_(mtx)
    {
        mtx_.lock();
    }
    ~lockGuard()
    {
        mtx_.unlock();
    }
private:
    Mutex mtx_; //锁
};

这里解释一下为什么要加锁，因为要维护前提三，也就是要维护互斥的关系。

部分3：阻塞队列这个数据结构

#pragma once

#include <iostream>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <pthread.h>
#include "lockGuard.hpp"

const int gDefaultCap = 5;

template <class T>
class BlockQueue
{
private:
    //判断队列的空与满
    bool isQueueEmpty()
    {
        return bq_.size() == 0;
    }
    bool isQueueFull()
    {
        return bq_.size() == capacity_;
    }

public:
    BlockQueue(int capacity = gDefaultCap) : capacity_(capacity)
    {
        pthread_mutex_init(&mtx_, nullptr);
        pthread_cond_init(&Empty_, nullptr);
        pthread_cond_init(&Full_, nullptr);
    }
    void push(const T &in) // 生产者
    {
        
        lockGuard lockgrard(&mtx_); // 自动调用构造函数
        
        //不停的检查直到队列非满
        while (isQueueFull())
            pthread_cond_wait(&Full_, &mtx_); //等待时会自动解锁，消费者可以消费
  
        bq_.push(in); //非满时可以插入任务（数据）
        pthread_cond_signal(&Empty_); //既然插入的数据，那么队列为空这个条件变量就可以解除了。
    } // 自动调用lockgrard 析构函数
    void pop(T *out)
    {
        lockGuard lockguard(&mtx_);
    
        while (isQueueEmpty())
            pthread_cond_wait(&Empty_, &mtx_);
        *out = bq_.front();
        bq_.pop();

        pthread_cond_signal(&Full_);

    }
    ~BlockQueue()
    {
        pthread_mutex_destroy(&mtx_);
        pthread_cond_destroy(&Empty_);
        pthread_cond_destroy(&Full_);
    }

private:
    std::queue<T> bq_;     // 阻塞队列
    int capacity_;         // 容量上限
    pthread_mutex_t mtx_;  // 通过互斥锁保证队列安全
    pthread_cond_t Empty_; // 用它来表示bq 是否空的条件
    pthread_cond_t Full_;  //  用它来表示bq 是否满的条件
};

部分4：主程序部分，创建线程。

#include "BlockQueue.hpp"
#include "Task.hpp"

#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <ctime>

int myAdd(int x, int y) //设置了消费方式
{
    return x + y;
}

void* consumer(void *args) //消费者
{
    BlockQueue<Task> *bqueue = (BlockQueue<Task> *)args;
    while(true)
    {
        // 获取任务
        Task t;
        bqueue->pop(&t);
        // 完成任务
        std::cout << pthread_self() <<" consumer: "<< t.x_ << "+" << t.y_ << "=" << t() << std::endl;
        // sleep(1);
    }

    return nullptr;
}

void* productor(void *args) //生产者
{
    BlockQueue<Task> *bqueue = (BlockQueue<Task> *)args;
    while(true)
    {
        // 制作任务 -- 不一定是从生产者来的
        int x = rand()%10 + 1;
        usleep(rand()%1000);
        int y = rand()%5 + 1;
       
        Task t(x, y, myAdd);
        // 生产任务
        bqueue->push(t);
        // 输出消息
        std::cout <<pthread_self() <<" productor: "<< t.x_ << "+" << t.y_ << "=?" << std::endl;
        sleep(1);
    }
    return nullptr;
}

int main()
{
    //生成随机数种子
    srand((uint64_t)time(nullptr) ^ getpid() ^ 0x32457);
    
    BlockQueue<Task> *bqueue = new BlockQueue<Task>();

    pthread_t c[2],p[2];
    //创建线程
    pthread_create(c, nullptr, consumer, bqueue);
    pthread_create(c + 1, nullptr, consumer, bqueue);
    pthread_create(p, nullptr, productor, bqueue);
    pthread_create(p + 1, nullptr, productor, bqueue);

    //销毁线程
    pthread_join(c[0], nullptr);
    pthread_join(c[1], nullptr);
    pthread_join(p[0], nullptr);
    pthread_join(p[1], nullptr);

    delete bqueue;

    return 0;
}

结果：