C++11多线程生产者/消费者程序挂起

C++11多线程生产者/消费者程序挂起可能是由于多种原因造成的，包括线程同步问题、资源竞争、死锁或者条件变量的不当使用等。下面我将详细解释这些基础概念，并提供一些解决方案。

基础概念

生产者/消费者模式：这是一种常见的并发设计模式，其中生产者线程负责生成数据，而消费者线程负责处理这些数据。两者通常通过一个共享的缓冲区进行通信。

线程同步：确保多个线程按照一定的顺序访问共享资源，以避免数据不一致或冲突。

条件变量：用于多线程之间的通信，允许线程等待某个条件的成立。

互斥锁（Mutex）：用于保护共享资源，防止多个线程同时访问。

类型

有界缓冲区：缓冲区有固定大小，生产者和消费者必须等待对方完成操作。
无界缓冲区：理论上缓冲区无限大，但实际受限于系统资源。

应用场景

任务调度：操作系统中的任务调度。
消息队列：在分布式系统中传递消息。
日志处理：将日志数据写入磁盘或数据库。

可能的问题及原因

死锁：两个或多个线程互相等待对方释放资源。
活锁：线程不断改变状态以尝试解决问题，但实际没有进展。
饥饿：某个线程长时间无法获得所需的资源。
条件变量使用不当：如未正确通知等待的线程。

解决方案

以下是一个简单的C++11生产者/消费者示例，并附带一些避免挂起的建议：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <queue>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

std::queue<int> buffer;
const int bufferSize = 10;
std::mutex mtx;
std::condition_variable cv;

void producer(int id) {
    for (int i = 0; i < 20; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, [] { return buffer.size() < bufferSize; });
        buffer.push(i);
        std::cout << "Producer " << id << " produced "<< i << std::endl;
        lock.unlock();
        cv.notify_all();
    }
}

void consumer(int id) {
    for (int i = 0; i < 20; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        cv.wait(lock, [] { return !buffer.empty(); });
        int val = buffer.front();
        buffer.pop();
        std::cout << "Consumer " << id << " consumed " << val << std::endl;
        lock.unlock();
        cv.notify_all();
    }
}

int main() {
    std::thread p1(producer, 1);
    std::thread p2(producer, 2);
    std::thread c1(consumer, 1);
    std::thread c2(consumer, 2);

    p1.join();
    p2.join();
    c1.join();
    c2.join();

    return 0;
}