生产者-消费者（producer-consumer）问题，也称作有界缓冲区（bounded-buffer）问题。两个进程共享一个公共的固定大小的缓冲区。其中一个是生产者，将信息放入缓冲区；另一个是消费者，从缓冲区中取出信息。（也可以把这个问题一般化为m个生产者和n个消费者问题，但是我们只讨论一个生产者和一个消费者的情况，这样可以简化解决方案。）
问题在于当缓冲区已满，而此时生产者还想向其中放入一个新的数据项的情况。其解决办法是让生产者睡眠，待消费者从缓冲区中取出一个或多个数据项时再唤醒它。同样地，当消费者试图从缓冲区中取数据而发现缓冲区为空时，消费者就睡眠，直到生产者向其中放入一些数据时再将其唤醒。
这个方法听起来很简单，但它包含与前边假脱机目录问题一样的竞争条件。为了跟踪缓冲区中的数据项数，我们需要一个变量count。如果缓冲区最多存放N个数据项，则生产者代码将首先检查count是否达到N，若是，则生产者睡眠；否则生产者向缓冲区中放入一个数据项并增量count的值。
消费者的代码与此类似：首先测试count是否为0，若是，则睡眠；否则从中取走一个数据项并递减count的值。每个进程同时也检测另一个进程是否应被唤醒，若是则唤醒之。生产者和消费者的代码如图所示。
为了在C语言中表示sleep和wakeup这样的系统调用，我们将以库函数调用的形式来表示。尽管它们不是标准C库的一部分，但在实际上任何系统中都具有这些库函数。未列出的过程insert_item和remove_item用来记录将数据项放入缓冲区和从缓冲区取出数据等事项。
现在回到竞争条件的问题。这里有可能会出现竞争条件，其原因是对count的访问未加限制。有可能出现以下情况：缓冲区为空，消费者刚刚读取count的值发现它为0。此时调度程序决定暂停消费者并启动运行生产者。生产者向缓冲区中加入一个数据项，count加1。现在count的值变成了1。它推断认为由于count刚才为0，所以消费者此时一定在睡眠，于是生产者调用wakeup来唤醒消费者。
但是，消费者此时在逻辑上并未睡眠，所以wakeup信号丢失。当消费者下次运行时，它将测试先前读到的count值，发现它为0，于是睡眠。生产者迟早会填满整个缓冲区，然后睡眠。这样一来，两个进程都将永远睡眠下去。
问题的实质在于发给一个（尚）未睡眠进程的wakeup信号丢失了。如果它没有丢失，则一切都很正常。一种快速的弥补方法是修改规则，加上一个唤醒等待位。当一个wakeup信号发送给一个清醒的进程信号时，将该位置1。随后，当该进程要睡眠时，如果唤醒等待位为1，则将该位清除，而该进程仍然保持清醒。唤醒等待位实际上就是wakeup信号的一个小仓库。
尽管在这个简单例子中用唤醒等待位的方法解决了问题，但是我们很容易就可以构造出一些例子，其中有三个或更多的进程，这时一个唤醒等待位就不够使用了。于是我们可以再打一个补丁，加入第二个唤醒等待位，甚至是8个、32个等，但原则上讲，这并没有从根本上解决问题。
/// @author zhaolu
/// @date 2020/04/16
#include <iostream> // std::cout std::endl
#include <atomic> // std::atomic_bool
#include <thread> // std::thread std::this_thread
std::atomic_bool flag(false);
int num = 10;
void produce() {
while (num)
{
while (flag != false)
std::this_thread::yield();
std::cout << "produce:" << num-- << std::endl;
flag = true;
}
}
void consume() {
while (num)
{
while (flag != true)
std::this_thread::yield();
std::cout << "consume:" << num + 1 << std::endl;
flag = false;
}
}
int main() {
std::thread producer (produce);
std::thread consumer (consume);
producer.join();
consumer.join();
return 0;
}
输出结果为：
:g++ -std=c++11 main.cc -o main
:./main
produce:10
consume:10
produce:9
consume:9
produce:8
consume:8
produce:7
consume:7
produce:6
consume:6
produce:5
consume:5
produce:4
consume:4
produce:3
consume:3
produce:2
consume:2
produce:1
consume:1
std::this_thread::yield();
可能这里没写好。。。
