生产者消费者问题 pv操作

### 生产者消费者问题中的PV操作

在生产者-消费者问题中，通过信号量及其对应的`P`（等待）和`V`（发送信号）操作来协调生产和消费过程之间的同步关系[^1]。

#### 使用Java实现基于信号量的生产者-消费者模式

为了确保生产者不会向已满的缓冲区添加新项，而消费者也不会尝试从未填充的数据结构读取数据，在程序设计上引入了两种类型的信号量：

- **empty**：表示可用空间的数量。初始值设为缓冲区大小。
- **full**：代表已有项目的数量。初始化为0。

另外还需要一个互斥锁(mutex)，用来保护临界区内的代码执行，防止并发冲突发生。

下面是一个简单的Java代码片段展示如何利用Semaphore类完成上述逻辑：

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.LinkedList;

class ProducerConsumer {
    private final Semaphore empty; // 控制剩余可写位置
    private final Semaphore full;  // 控制现有元素数目
    private final LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
    
    public ProducerConsumer(int capacity){
        this.empty = new Semaphore(capacity);
        this.full = new Semaphore(0); 
    }

    void produce() throws InterruptedException{
        empty.acquire();           // 减少空位计数器
        synchronized (list){       // 进入临界区域前加锁
            int item = generateItem();
            list.add(item);
            System.out.println("Produced: " + item);
        }
        full.release();             // 增加已存物品计数器
    }

    Integer consume()throws InterruptedException{
        full.acquire();              // 等待直到有东西可以拿走
        Integer result=null;
        synchronized(list){          // 获取对象时也需锁定列表
            if(!list.isEmpty()){
                result=list.removeFirst();
                System.out.println("Consumed:" +result );
            }            
        }
        empty.release();             // 归还占用的一个存储单元给队列
        return result;
    }

    private static int generateItem(){
        try{Thread.sleep((int)(Math.random()*10));}catch(Exception e){}
        return (int)(System.currentTimeMillis()%1000);
    }
}

此段代码展示了使用Java内置库`java.util.concurrent.Semaphore`来进行同步控制的方法[^4]。