经典同步问题：生产者-消费者问题

学废你就赢了

• 99% 的实际并发问题都可以用生产者-消费者解决

Producer 和 Consumer 共享一个缓冲区

• Producer (生产数据)：如果缓冲区有空位，放入；否则等待
• Consumer (消费数据)：如果缓冲区有数据，取走；否则等待

void produce(Object obj);
Object consume();

生产者-消费者问题的简化

缓冲区太麻烦，我们有一个简化版问题

void produce() { printf("("); }
void consume() { printf(")"); }

• 生产 = 打印左括号 (push into buffer)
• 消费 = 打印右括号 (pop from buffer)
• 在 printf 前后增加代码，使得打印的括号序列满足
  • 一定是某个合法括号序列的前缀
  • 括号嵌套的深度不超过 $n$
    • $n=3$, ((())())((( 合法
    • $n=3$, (((()))), (())) 不合法

同步：先来先等待

void produce() {
    wait_until(括号深度 < n) {
        printf("(");
    }
}

void consume() {
    wait_until(括号深度 > 0) {
        printf(")");
    }
}

让我们试着实现它

• 不过，小心并发的危险

能不能不自旋？

我们发明了条件变量！

• 把条件用一个变量来替代
• 条件不满足时等待，条件满足时唤醒

mutex_lock(&lk);
if (!condition) {
    cond_wait(&cv, &lk);
}
// Wait for someone for wake-up.
assert(condition);

mutex_unlock(&lk);

cond_signal(&cv);  // Wake up a (random) thread
cond_broadcast(&cv);  // Wake up all threads

Caveat: 小心并发！

条件变量的正确打开方式

• 使用 while 循环和 broadcast
  • 总是在唤醒后再次检查同步条件
  • 总是唤醒所有潜在可能被唤醒的人

mutex_lock(&mutex);
while (!COND) {
  wait(&cv, &mutex);
}
assert(cond);

...

mutex_unlock(&mutex);