pthread没有给出预期的输出

Question

我正在尝试使用信号量和 pthread 实现生产者-消费者问题操作系统。但我的输出与预期完全不同。这是我的代码：

    #include<iostream>
    #include<pthread.h>
    #include<fstream>
    #include<unistd.h>
    #include<queue>

    // define queue size
    #define QUEUE_SIZE 5

    // declare and initialize semaphore and read/write counter
    static int semaphore = 1;
    static int counter = 0;

    // Queue for saving characters
    static std::queue<char> charQueue;

    // indicator for end of file
    static bool endOfFile = false;

    // save arrays
    char consumerArray1[100];
    char consumerArray2[100];

    // function to wait for semaphore
    void wait()
    {
        while(semaphore<=0);
        semaphore--;
    }

    // function to signal the wait function
    void signal()
    {
        semaphore++;
    }

    void *Producer(void *ptr)
    {
        int i=0;
        std::ifstream input("string.txt");
        char temp;
        while(input>>temp)
        {
            wait();
            charQueue.push(temp);
            //std::cout<<"Producer:\nCounter: "<<counter<<" Semaphore: "<<semaphore<<std::endl;
            counter++;
            std::cout<<"Procuder Index: "<<i<<std::endl;
            i++;
            signal();
            sleep(2);
        }
        endOfFile = true;
        pthread_exit(NULL);
    }

    void *Consumer1(void *ptr)
    {
        std::cout<<"Entered consumer 1:"<<std::endl;
        int i = 0;
        while(counter<=0);
        while(!endOfFile)
        {
            while(counter<=0);
            wait();
            //std::cout<<"Consumer1:\nCounter: "<<counter<<" Semaphore: "<<semaphore<<std::endl;
            consumerArray1[i] = charQueue.front();
            charQueue.pop();
            i++;
            counter--;
            std::cout<<"Consumer1 index:"<<i<<" char: "<<consumerArray1[i]<<std::endl;
            signal();
            sleep(2);
        }
        consumerArray1[i] = '\0';
        pthread_exit(NULL);
    }

    void *Consumer2(void *ptr)
    {
        std::cout<<"Entered consumer 2:"<<std::endl;
        int i = 0;
        while(counter<=0);
        while(!endOfFile)
        {
            while(counter<=0);
            wait();
            //std::cout<<"Consumer2:\nCounter: "<<counter<<" Semaphore: "<<semaphore<<std::endl;
            consumerArray2[i] = charQueue.front();
            charQueue.pop();
            i++;
            counter--;
            std::cout<<"Consumer2 index: "<<i<<" char: "<<consumerArray2[i]<<std::endl;
            signal();
            sleep(4);
        }
        consumerArray2[i] = '\0';
        pthread_exit(NULL);
    }

    int main()
    {
        pthread_t thread[3];
        pthread_create(&thread[0],NULL,Producer,NULL);
        int rc = pthread_create(&thread[1],NULL,Consumer1,NULL);
        if(rc)
        {
            std::cout<<"Thread not created"<<std::endl;
        }
        pthread_create(&thread[2],NULL,Consumer2,NULL);
        pthread_join(thread[0],NULL);pthread_join(thread[1],NULL);pthread_join(thread[2],NULL);
        std::cout<<"First array: "<<consumerArray1<<std::endl;
        std::cout<<"Second array: "<<consumerArray2<<std::endl;
        pthread_exit(NULL);
    }

问题是我的代码在读取整个文件后在某些运行中冻结（可能处于无限循环中）。即使我在阅读后将其弹出，这两个消费者功能也会读取相同的单词。此外，打印已读取的数组元素的部分仅打印空白。为什么会出现这些问题？我是线程新手（就像使用线程编码一样，我知道线程的理论概念）所以请帮我解决这个问题。

Answer 1

pthreads 标准禁止在一个线程中访问一个对象，而另一个线程正在或可能正在修改它。您的 wait 和 signal 函数通过修改 semaphore（在 signal 中）违反了此规则，而调用 wait 的线程可能正在访问它。您也可以使用 counter 来执行此操作。

如果您在signal 和wait 中所做的事情是合法的，那么您就不需要signal 和wait。您可以像直接访问semaphore 一样直接访问队列。如果队列需要保护（我希望你知道），那么semaphore 也需要保护，原因完全相同。

允许编译器优化此代码：

while(semaphore<=0);

到此代码：

if (semaphore<=0) { while (1); }

为什么？因为它知道没有其他线程可以修改semaphore，而该线程可以访问它，因为标准禁止这样做。因此，没有理由多读一遍。

您需要使用实际的信号量和/或锁。