????????前幾天學(xué)習(xí)了線程和線程的通信方式，線程的通信方式與進(jìn)程有部分類(lèi)似，比如自旋鎖、信號(hào)量等。但進(jìn)程間還有一個(gè)消息隊(duì)列的通信方式，用于進(jìn)程內(nèi)線程的一些輕量級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合顯得過(guò)于大材小用。如果要做到進(jìn)程內(nèi)線程之間類(lèi)似于消息隊(duì)列的數(shù)據(jù)傳輸通信，盡管可以使用條件變量加上全局?jǐn)?shù)據(jù)的方式，但這樣未免線程間的耦合性太強(qiáng)了。因此打算以信號(hào)量為基礎(chǔ)在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的消息隊(duì)列機(jī)制。

????????引入信號(hào)量的目的是為了令等待(接收)消息的線程在隊(duì)列中沒(méi)有消息的情況下陷入阻塞，或者在隊(duì)列中存在多個(gè)消息時(shí)，可以多次獲取到信號(hào)量，這里的信號(hào)量是計(jì)數(shù)型信號(hào)量。

有了信號(hào)量為基礎(chǔ)，就可以得出編程思路：

①消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)：包含一個(gè)信號(hào)量、一個(gè)自旋鎖和一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列結(jié)構(gòu)。

②隊(duì)列結(jié)構(gòu)：一個(gè)單向鏈表，包含一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)指針、下一個(gè)節(jié)點(diǎn)指針、一個(gè)數(shù)據(jù)指針、一個(gè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度變量。

③消息隊(duì)列的初始化：內(nèi)存空間清0，即將所有指針設(shè)為NULL。

④發(fā)送消息：申請(qǐng)一個(gè)消息節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存空間，再向隊(duì)列里添加該消息節(jié)點(diǎn)，然后釋放1個(gè)信號(hào)量。

⑤接受消息：阻塞請(qǐng)求信號(hào)量，獲取到信號(hào)量后，從隊(duì)列里取出第一個(gè)消息節(jié)點(diǎn)，拷貝數(shù)據(jù)后，釋放該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存空間。

⑥消息隊(duì)列的銷(xiāo)毀：循環(huán)移出隊(duì)列里剩余的消息并釋放內(nèi)存空間，最后銷(xiāo)毀信號(hào)量和自旋鎖。

下面就開(kāi)始逐一實(shí)現(xiàn)：

·首先是隊(duì)列結(jié)構(gòu)類(lèi)型的聲明：

·消息隊(duì)列的初始化

????????初始化做的事情比較少，只需要進(jìn)行空指針判斷、消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)清0和信號(hào)量的初始化。

·向隊(duì)列添加消息節(jié)點(diǎn)

?????????在消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)初始化好后，其中的隊(duì)列是一個(gè)空鏈表。因此每次在添加節(jié)點(diǎn)時(shí)都需要判斷當(dāng)前隊(duì)列是否為空，若為空則新節(jié)點(diǎn)插入表頭并設(shè)置新的表頭，若不為空則插入表尾。

????????? ?這是一個(gè)文件內(nèi)部調(diào)用的函數(shù)，因此定義成靜態(tài)static。

·從隊(duì)列移出一個(gè)節(jié)點(diǎn)

????????根據(jù)先進(jìn)先出的原則，從隊(duì)列中移除一個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)從鏈表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始移除，所謂移除節(jié)點(diǎn)僅僅是將其從鏈表中移出，其所占的內(nèi)存空間還不能釋放，需要等該節(jié)點(diǎn)的消息數(shù)據(jù)被讀取后才可以釋放。因此通過(guò)指向指針的指針將該節(jié)點(diǎn)返回以便處理。

????????這是也一個(gè)文件內(nèi)部調(diào)用的函數(shù)。

·發(fā)送消息

????????發(fā)送消息函數(shù)有3個(gè)形式參數(shù)，第一個(gè)msg就是指向需要請(qǐng)求消息的消息隊(duì)列，第二個(gè)參數(shù)buf是指向發(fā)送線程要發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，第三個(gè)參數(shù)size指示數(shù)據(jù)的大小，單位字節(jié)。

????????發(fā)送消息首先要申請(qǐng)一個(gè)隊(duì)列節(jié)點(diǎn)占用的內(nèi)存空間，然后將該節(jié)點(diǎn)添加進(jìn)隊(duì)列中，對(duì)該節(jié)點(diǎn)添加消息數(shù)據(jù)和消息大小。最后再釋放1個(gè)信號(hào)量即可。

·接收(等待)消息

????????接收消息函數(shù)有4個(gè)形式參數(shù)，第一個(gè)msg與發(fā)送消息相同，也是指向需要請(qǐng)求消息的消息隊(duì)列；第二個(gè)參數(shù)buf是指向接收線程要存放數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；第三個(gè)參數(shù)buf_size指示接收線程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小，防止消息長(zhǎng)度超過(guò)該數(shù)據(jù)緩沖區(qū)而導(dǎo)致的非法訪問(wèn)；第四個(gè)參數(shù)msg_size指向保存消息長(zhǎng)度的變量，需要由接收線程提供。

????????發(fā)送數(shù)據(jù)首先要對(duì)參數(shù)有效性進(jìn)行判斷，之后請(qǐng)求一個(gè)信號(hào)量，若此時(shí)信號(hào)量為0，則表示隊(duì)列中沒(méi)有消息，此時(shí)線程應(yīng)陷入阻塞。若有一個(gè)線程向此消息隊(duì)列中添加了一個(gè)消息，

則接收數(shù)據(jù)的線程因?yàn)檎?qǐng)求到了信號(hào)量而被喚醒，之后應(yīng)從隊(duì)列中移出一個(gè)消息節(jié)點(diǎn)，并將節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)拷貝到接收線程，最后釋放該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存空間。

注：在向隊(duì)列添加和移除節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該有保護(hù)機(jī)制，這里使用的是自旋鎖spinlock，以確保多個(gè)線程并發(fā)訪問(wèn)隊(duì)列時(shí)不存在數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。

·測(cè)試：? ? ????

????????最后編寫(xiě)一個(gè)測(cè)試程序測(cè)試該消息隊(duì)列是否可以使用，判斷是否可以使用的標(biāo)準(zhǔn)有：

①是否可以在2個(gè)線程之間實(shí)現(xiàn)1對(duì)1單向通信（1收1發(fā)）。

②是否可以在多個(gè)線程之間實(shí)現(xiàn)1對(duì)多單向通信（1收多發(fā)）。

測(cè)試程序：

????????測(cè)試程序中創(chuàng)建了3個(gè)入口地址相同的線程，通過(guò)傳入線程的參數(shù)來(lái)令他們每隔1秒向主線程發(fā)送不同的消息，而主線程一直循環(huán)等待消息并打印。執(zhí)行結(jié)果如下：

????????可以看出這個(gè)消息隊(duì)列在“3個(gè)線程發(fā)送，1個(gè)線程接收”的情況下是沒(méi)有問(wèn)題的?？梢杂米饕恍┖?jiǎn)單應(yīng)用場(chǎng)合。

最后附上源碼文件：

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