基于单链表的生产者消费者问题

『生产者与消费者问题分析』

「原理」生产者生产产品，消费者消费产品。产品如果被消费者消费完了，同时生产者又没有生产出产品，消费者就必须等待。同样的，如果生产者生产了产品，而消费者没有去消费，生产者就要在消费者消费了产品之后再生产。生产者和消费者之间既有同步的关系，又存在互斥的部分。

『互斥量（Mutex）』

「原理」互斥量是一个可以处于两态之一的变量：解锁和加锁。互斥量仅仅适用于管理共享资源或一小段代码。获得锁的线程可以完成“读—修改—写”的操作，然后释放锁给其他线程。没获得锁的线程只能等待而不能访问共享数据。“读—修改—写”组成一个原子操作，不会在中间被打断。

「使用方法」

pthread_mutex_t Mutex;声明Mutex；

int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t* restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);初始化Mutex。成功返回0，失败返回错误号；

int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t* mutex);用来销毁由pthread_mutex_init初始化的 Mutex；

如果Mutex变量是静态分配的，也可以用宏定义PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER初始化，相当于用 pthread_mutex_init初始化并且attr参数为NULL；

int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t* mutex);获得Mutex完成加锁操作。如果这时另一个线程已经获得了这个Mutex，则该线程挂起等待。直到另一个线程释放这个Mutex；

int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t* mutex);如果Mutex已被某个线程获得，该函数失败返回 EBUSY而不会使线程挂起等待；

int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t* mutex);释放Mutex解锁；

「lock和unlock」

假设Mutex的值为1表示互斥锁空闲，此时某个线程调用lock可以获得锁，Mutex的值变为0表示互斥锁已被某个线程获得，如果其它线程调用lock则挂起等待。

『条件变量（Condition Variable）』

「原理」条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包含两个动作：一个线程等待“条件变量条件成立”而挂起，另一个线程使“条件成立”（给出条件成立信号）。为了防止竞争，条件变量的使用总是和一个互斥锁结合在一起。

「使用方法」

int pthread_cond_init(pthread_cond_t* restrict cond, const pthread_condattr_t *restrict attr);初始化一个条件变量。成功返回0，失败返回错误号；

int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t* cond);函数销毁一个条件变量；

如果cond变量是静态分配的，也可以用宏定义PTHREAD_COND_INITIALIZER初始化，相当于用 pthread_cond_init初始化并且attr参数为NULL；

int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);一个线程可以调用这个函数在一个条件变量上阻塞等待。这个函数有三个操作：释放Mutex，阻塞等待，当被唤醒时重新获得Mutex并返回；

int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex, conststruct timespec *restrict abstime);函数还有一个额外的参数设定等待超时，如果达到了 abtime所指定的时刻仍没有被别的线程唤醒当前线程，就返回ETIMEDOUT；

int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);函数唤醒条件变量上另一个等待的线程；

int pthread_cond_broadcast(pthread_cond_t *cond);唤醒条件变量上的所有线程；

『生产者与消费者问题实现』

「说明」生产者生产一个产品放在单链表的表头上，消费者从表头上消费产品。