1. 同步的概念

互斥可能会导致一个执行流长时间得不到某种资源。也叫饥饿问题。

在保证数据安全的前提下，让线程能够按照某种特定的顺序访问临界资源，从而有效避免饥饿问题，叫做同步。

因为时序问题，而导致程序异常，我们称之为竞态条件。

那么同步可以解决饥饿问题，也可以让线程协同。我们要让线程同步就需要条件变量。

2. 条件变量函数

条件变量的目的是：让原本系统唤醒线程改成由程序员自己唤醒。

条件变量的函数和锁的函数是类似的。如果是全局变量或者静态的可以使用宏来定义。如果是局部变量，可以用pthread_cond_init来初始化。

2.1 等待函数

等待条件：

条件变量要和互斥锁mutex一并使用。
唤醒等待：

第一个函数是在这个条件下唤醒一批线程，第二个是在这个条件下唤醒一个线程。

为什么 pthread_cond_wait 需要互斥量?
条件等待是线程间同步的一种手段，如果只有一个线程，条件不满足，一直等下去都不会满足，所以必须要有一个线程通过某些操作，改变共享变量，使原先不满足的条件变得满足，并且友好的通知等待在条件变量上的线程。
条件不会无缘无故的突然变得满足了，必然会牵扯到共享数据的变化。所以一定要用互斥锁来保护。没有互斥锁就无法安全的获取和修改共享数据。
这里条件的意思是：共享资源的状态，例如抢票里面的tickets是否大于0。条件变量的意思是：条件满足或不满足的时候，进行wait或signal的一种方式。

2.2 样例

这里我们就开始定义一个条件变量，然后初始化。

三个线程，都会在条件变量下进行排队等待，当我们主线程按顺序去唤醒某个线程，那个线程就会执行打印。

每当我们输入n的时候就唤醒一个线程。

我们可以看到3个线程就按照一定的顺序来打印了。输入其它的就退出了，然后主线程就开始等待其它线程，但其它线程都在阻塞等待，所以进程就不动了。

我们在break之后，把所有的线程都给唤醒，然后终止线程。

我们可以看到还是不行。

我们可以这样设置：


如果我们输入的是n就全部唤醒线程，如果不是就把quit设置成true，然后break，在主线程中再次把全部线程唤醒。这样每个线程都会执行一次run打印，然后判断退出再打印一下end打印。

这样对不对呢？我们看一下运行结果：

我们看到只退出一个线程，其它线程没有退出。

这个和pthread_cond_wait函数有关，在4.3中进行了解释：当全部线程都被唤醒时，就会自动加锁，那么这几个线程都会去抢锁，但只有一个线程能抢到锁，当这个线程退出的时候也把锁带走了。所以其它线程就竞争不到锁了，就退出不了。

解决办法：

那么我们就可以这样修改：

我们手动加锁和解锁。

这样我们就能全部退出了。

还有一种方法：

我们让每个线程分离，它也可以退出。

那么我们也可以定义一个方法集，让不同线程执行不同函数：


加载到vector中，然后让线程去执行：

3. 生产者消费者模型

举个例子：

平时我们在买东西的时候，一般是去超市里购买，而不是直接去生产商里，如果我们去生产商买，还需要等它做好，而去超市就可以直接拿到。这样就提高了效率。另外，我们在买东西的时候，生产商可以不生产，我们不买东西的时候，生产商可以生产，或者我们一边买东西，生产商一边生产。这样就是一种解耦的关系。

在OS中，消费者就是消费线程，生产者就是生产线程，超市是个临界资源，相当于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力。

1.那么消费者有多个，消费者之间是什么关系呢？

2.生产者有多个，生产者之间是什么关系呢？

这两个问题比较简单，是竞争关系，也就是互斥关系。

3.那么消费者和生产者之间是什么关系呢？
我们知道，如果我们要买个东西，超市没有，那么我们就需要等待生产者，如果没有人买某个东西，那么生产者就需要等消费者，它们是同步关系。那么在生产者给超市货时，消费者不能直接去生产者手中拿，而是等生产者将货放好到超市，消费者才能拿。这也体现了互斥关系。
所以既有互斥关系和同步关系。

总结：
3种关系：生产者和生产者(互斥)，消费者和消费者(互斥)，生产者和消费者(同步和互斥)。
2种角色：生产者和消费者，由线程承担。
1个交易所：超市，内存中一种特定的数据结构。

4. 阻塞队列

在多线程编程中阻塞队列(Blocking Queue)是一种常用于实现生产者和消费者模型的数据结构。其与普通的队列区别在于：当队列为空时，从队列获取元素的操作将会被阻塞，直到队列中被放入了元素；当队列满时，往队列里存放元素的操作也会被阻塞，，直到有元素被从队列中取出。
以上的操作都是基于不同的线程来说的，线程在对阻塞队列进程操作时会被阻塞。

4.1 模拟阻塞队列的生产消费模型

在makefie里面我们是可以定义变量的：

然后我们可以用这些变量来替换，格式为$(变量名)。

下面我们就需要完成3个步骤：
1.定义一个阻塞队列。
2.创建两个线程，productor，consumer(生产者和消费者)。
3.让productor和consumer进行联系。

在BlockQueue.hpp里面定义一个阻塞队列。

从上面的原理，我们知道要模拟一个阻塞队列的生产者消费模型，需要阻塞队列，阻塞队列的容量，互斥锁和条件变量。

4.2 构造函数和析构函数

4.3 生产接口和消费接口

生产线程和消费线程它们的工作分为3步：
1.为了保护阻塞队列，我们需要加锁。
2.生产者：判断阻塞队列是否为满，满的话不生产，生产线程休眠。不满的话就生产，并且唤醒消费者。
消费者：判断阻塞队列是否为空，空的话不消费，消费线程休眠。不空的话就消费，并且唤醒生产者。
3.解锁。

首先，我们完成加锁和解锁的封装，这个是比较简单的。封装的意义是如果我们不用queue，可以方便修改。


这是第二步操作，判断阻塞队列满不满足，不满足就阻塞等待。

为什么这里等待的时候需要传mutex_呢？
在阻塞线程的时候，会自动释放mutex_锁。
如果生产者先加锁然后条件不满足，就会阻塞等待，如果不自动释放mutex_锁，就会带着锁等待，那么消费者就不能加锁去消费了。
在唤醒的时候，它也是在这个等待函数后被唤醒，那么在访问临界区的时候是不是就没有锁呢？
当阻塞结束，返回的时候，pthread_cond_wait，会自动帮你重新获得mutex_，然后才返回。

到这里就是条件满足，消费后，把消费的数据返回。


在生产或者消费之后，我们需要唤醒对方。

这里还存在一些问题：
1.pthread_cond_wait函数调用失败了呢？wait失败，没有阻塞成功，继续往下执行。
2.可能由于某种原因进行的伪唤醒，但是现在条件并没有满足。
这样线程可能在条件满足的情况下继续往下执行。

当线程醒来的时候，我们再次去判断条件满不满足，这样代码的健壮性更强。

4.4 创建线程进行测试

现在我们需要创建两个线程productor，consumer让它们进行联系：


我们在这里定义一个随机数种子，异或pid是增加随机性。

我们让生产者2秒生产一个，消费者一直消费，这样消费者就会按照生产者的节奏来。


这里我们再让生产者一次生产多个，然后消费者每隔2秒消费一个。

既然可以使用int类型的数据，我们也可以使用自己封装的类型，包括任务。

这个任务比较简单，是一个计算加减乘除取模的任务。

生产者给阻塞队列放任务，消费者去完成任务。

生产者消费者模型优点是支持并发的，但是上面只体现了互斥，我们该如何理解呢？
那么我们知道：制作任务和处理任务是需要花费时间的，那么就有可能当生产者在生产时，消费者就在消费了。生产者和消费者在阻塞队列中确实是互斥的，因为有锁，但是生产者在生产的时候，消费者在消费的时候，这个是同步的。。