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《編程之美》1.10 雙線程下載：生產者-消費者模式實現

編輯：C++ 入門

問題背景

網絡下載文件寫入硬碟。串行方式：下一塊 → 寫一塊，效率低。
改進：雙線程並行，緩衝區 + 信號量同步。

架構設計

下載線程：緩衝區有空位 → 下載一塊 → 通知寫入線程
寫入線程：緩衝區有數據 → 寫入硬碟 → 通知下載線程
環形緩衝區：固定大小陣列模擬隊列
兩個信號量：
- ForDownload：空閒槽位數 (初始 MAX)
- ForWrite：可寫數據塊數 (初始 0)

同步邏輯

// 下載線程
while (true) {
    ForDownload.wait();           // 等待空位
    isDone = GetBlockFromNet(buf[in_idx]);
    in_idx = (in_idx + 1) % MAX;
    ForWrite.signal();            // 通知有數據
    if (isDone) break;
}

// 寫入線程
while (true) {
    ForWrite.wait();              // 等待數據
    WriteBlockToDisk(buf[out_idx]);
    out_idx = (out_idx + 1) % MAX;
    ForDownload.signal();         // 釋放空位
    if (isDone && in_idx == out_idx) break; // 全部寫完
}

完整 C++ 框架代碼

#define MAX_COUNT 1000
Block g_Buffer[MAX_COUNT];
Thread g_Download(ProcA), g_Write(ProcB);
Semaphore ForDownload(MAX_COUNT, MAX_COUNT);
Semaphore ForWrite(0, MAX_COUNT);
bool isDone = false;
int in_idx = 0, out_idx = 0;

void ProcA() { /* 下載邏輯 */ }
void ProcB() { /* 寫入邏輯 */ }

int main() {
    g_Download.Start();
    g_Write.Start();
    // 等待線程結束...
    return 0;
}