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
  • 同步：同一个 object 的生产必须 happens-before 消费

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

生产者-消费者问题的简化

一个等价的描述

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
  • 不能输出错误的括号序列
  • 括号嵌套的深度不超过 $n$
    • $n=3$, ((())())(((
    • $n=3$, (((()))), (()))

条件变量的正确打开方式

想清楚程序继续执行的条件

• 什么时候可以 produce，什么时候可以 consume？

mutex_lock();
while (!cond) {  // cond 可以是任意的计算
    cond_wait(&cv, );
}
assert(cond);    // 此时 cond 成立且持有锁 lk
mutex_unlock();

// 注意锁的使用
mutex_lock();
cond = true;
cond_broadcast(&cv); // 唤醒所有可能继续的线程
mutex_unlock();

使用条件变量实现同步 (cont'd)

生产/消费的条件是什么？

• $d < n$ 可以生产；$d > 0$ 可以消费 (然后，抄代码)

void produce() {
    mutex_lock();
    while (!(depth < n)) {
        cond_wait(&cv, );
    }

    assert(depth < n);
    depth++;
    printf("("); // put object to queue

    cond_broadcast(&cv);
    mutex_unlock();
}

Caveat: 小心并发！

“看起来正确” 其实很危险

• Producer 如果唤醒了等待的 producer 就糟了……

void produce() {
    mutex_lock();
    while (!(depth < n)) {
        cond_wait(&cv, );
    }

    assert(depth < n);
    depth++;
    printf("("); // put object to queue

    cond_signal(&cv);  // 
    mutex_unlock();
}

条件变量：万能的同步方法

有三种线程

• $T_a$ 若干: 死循环打印 <
• $T_b$ 若干: 死循环打印 >
• $T_c$ 若干: 死循环打印 _

任务：

• 对线程同步，使得屏幕打印出 <><_ 和 ><>_ 的组合

使用条件变量，只要回答三个问题：

• 打印 “<” 的条件？打印 “>” 的条件？打印 “_” 的条件？