（0）问题描述
在并发编程中，读者写者问题是指多个进程或线程试图访问一个共享资源，其中一些线程只读取数据（读者），而另一些线程则修改数据（写者）。目标是在确保数据一致性的同时最大化资源的利用率。
（1）关系分析
分析互斥性
- 写者与写者之间：写者之间互斥，即一个写者在修改数据时，其他写者不能访问。
- 写者与读者之间：当写者在修改数据时，读者也不能访问。
- 读者与读者之间：多个读者可以同时访问数据，只要没有写者在修改数据。
（2）整理关系
具体互斥过程
为了整理这些关系，我们将合并读者和写者的请求和释放操作：
- 读者请求访问：读者在访问之前，需要检查当前是否有写者正在修改数据。如果没有写者在修改，读者可以直接增加当前的读者计数。
- 写者请求访问：写者在访问之前，需要确保没有其他写者或读者正在访问数据。这意味着写者需要等待所有读者完成访问。
- 释放资源：无论是读者还是写者，在完成访问后都需要减少相应的计数或释放信号量，以便其他进程可以访问
（3）信号量设置
互斥量和信号量设置
count：一个整型变量，用来记录当前的读者数量。mutex：一个互斥量，用来保护对count变量的访问。rw：一个信号量，用来保证读者与写者之间的互斥访问。
count = 0
mutex = Semaphore(1) // 创建互斥量
rw = Semaphore(1) // 创建信号量，初始值为1// 读者操作
readed() {mutex.P(); // 获取互斥量锁count++; // 增加读者计数if (count == 1) {rw.P(); // 如果是第一个读者，则需要等待写者完成}mutex.V(); // 释放互斥量锁// 读者可以读取数据usleep(rand() % 10000); // 模拟读操作耗时mutex.P(); // 获取互斥量锁count--; // 减少读者计数if (count == 0) {rw.V(); // 如果是最后一个读者，则唤醒等待的写者}mutex.V(); // 释放互斥量锁
}// 写者操作
write() {rw.P(); // 等待所有读者完成访问// 写者可以修改数据usleep(rand() % 20000); // 模拟写操作耗时rw.V(); // 完成写操作后释放信号量
}C++代码如下
#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h> // For usleepstd::atomic<int> count{0}; // 使用原子变量来保证计数的安全
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER;void readed() {pthread_mutex_lock(&mutex);count++;while (count == 1) { // 如果是第一个读者，则需要等待写者完成pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}pthread_mutex_unlock(&mutex);// 读者可以读取数据usleep(rand() % 10000); // 模拟读操作耗时pthread_mutex_lock(&mutex);count--;if (count == 0) { // 如果是最后一个读者，则唤醒等待的写者pthread_cond_signal(&cond);}pthread_mutex_unlock(&mutex);
}void write() {pthread_mutex_lock(&mutex);while (count > 0) { // 等待所有读者完成访问pthread_cond_wait(&cond, &mutex);}pthread_mutex_unlock(&mutex);// 写者可以修改数据usleep(rand() % 20000); // 模拟写操作耗时pthread_mutex_lock(&mutex);// 写者完成修改数据pthread_mutex_unlock(&mutex);
}// 示例函数，模拟读操作
void* reader(void* arg) {for (int i = 0; i < 10; ++i) {readed();}return nullptr;
}// 示例函数，模拟写操作
void* writer(void* arg) {for (int i = 0; i < 5; ++i) {write();}return nullptr;
}int main() {pthread_t threads[5];for (int i = 0; i < 5; ++i) {pthread_create(&threads[i], nullptr, i % 2 ? reader : writer, nullptr);}for (auto& t : threads) {pthread_join(t, nullptr);}return 0;
}