面试题：C语言Linux条件变量的同步优化

以下是使用C语言在Linux下通过条件变量实现生产者 - 消费者模型的代码示例，同时考虑了避免虚假唤醒问题，并对同步机制进行了优化：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

#define BUFFER_SIZE 5
int buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0;
int out = 0;
int count = 0;

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t not_full = PTHREAD_COND_INITIALIZER;
pthread_cond_t not_empty = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

// 生产者函数
void* producer(void* arg) {
    int item = 1;
    while (1) {
        // 加锁
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        // 避免虚假唤醒，只有缓冲区不满时才生产
        while (count == BUFFER_SIZE) {
            pthread_cond_wait(&not_full, &mutex);
        }
        buffer[in] = item;
        printf("Produced: %d\n", item);
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        count++;
        // 通知消费者缓冲区有数据
        pthread_cond_signal(&not_empty);
        // 解锁
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        item++;
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

// 消费者函数
void* consumer(void* arg) {
    while (1) {
        // 加锁
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        // 避免虚假唤醒，只有缓冲区不为空时才消费
        while (count == 0) {
            pthread_cond_wait(&not_empty, &mutex);
        }
        int item = buffer[out];
        printf("Consumed: %d\n", item);
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        count--;
        // 通知生产者缓冲区有空间
        pthread_cond_signal(&not_full);
        // 解锁
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

关键步骤解释：

缓冲区及变量定义：
- buffer 数组作为共享缓冲区，大小为 BUFFER_SIZE。
- in 和 out 分别是生产者和消费者的索引。
- count 记录缓冲区中当前的元素数量。
同步变量初始化：
- pthread_mutex_t mutex 用于保护共享资源，避免竞态条件。
- pthread_cond_t not_full 条件变量用于通知生产者缓冲区未满。
- pthread_cond_t not_empty 条件变量用于通知消费者缓冲区非空。
生产者函数：
- pthread_mutex_lock(&mutex) 加锁，保护共享资源。
- while (count == BUFFER_SIZE) 循环检查缓冲区是否已满，避免虚假唤醒。若满则调用 pthread_cond_wait(&not_full, &mutex) 等待，同时释放锁。
- 生产数据并更新 in 和 count。
- pthread_cond_signal(&not_empty) 通知消费者缓冲区有数据。
- pthread_mutex_unlock(&mutex) 解锁。
消费者函数：
- pthread_mutex_lock(&mutex) 加锁，保护共享资源。
- while (count == 0) 循环检查缓冲区是否为空，避免虚假唤醒。若空则调用 pthread_cond_wait(&not_empty, &mutex) 等待，同时释放锁。
- 消费数据并更新 out 和 count。
- pthread_cond_signal(&not_full) 通知生产者缓冲区有空间。
- pthread_mutex_unlock(&mutex) 解锁。

这样可以有效地实现一个在多线程环境下的生产者 - 消费者模型，并通过避免虚假唤醒和合理的同步机制优化提高整体效率。在实际使用中，可以根据具体需求进一步调整和扩展代码。

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面试题：C语言Linux条件变量的同步优化

知识考点

面试题答案

关键步骤解释：