利用记录型信号量解决生产者-消费者问题完整代码

生产者-消费者问题是经典的并发控制问题，涉及到生产数据（资源）和消费数据的过程。在多线程环境中，我们可以使用记录型信号量（也叫计数信号量）来协调这个过程。下面是一个使用Python的threading库和`Semaphore`来解决这个问题的简单示例：

import threading
from collections import deque
import time

class Queue:
    def __init__(self, capacity):
        self.capacity = capacity
        self.queue = deque()
        self.producer_semaphore = threading.Semaphore(1)  # 生产者信号量，限制同时只有一个生产者
        self.consumer_semaphore = threading.Semaphore(0)   # 消费者信号量，开始时不允许消费者进入，当有元素放入queue时才会唤醒

    def is_empty(self):
        return len(self.queue) == 0

    def put(self, item):
        self.queue.append(item)
        with self.producer_semaphore:
            if self.is_full():
                time.sleep(0.1)  # 阻塞一会儿，避免过度竞争
            self.consumer_semaphore.release()  # 唤醒一个等待的消费者

    def get(self):
        while True:
            if not self.is_empty():
                item = self.queue.popleft()
                with self.consumer_semaphore:
                    self.producer_semaphore.acquire()  # 如果有新的生产者，则释放给它
                return item
            time.sleep(0.1)  # 当队列为空时，消费者也阻塞一段时间

    def is_full(self):
        return len(self.queue) >= self.capacity


# 示例
if __name__ == "__main__":
    queue = Queue(3)
    producers = [threading.Thread(target=enqueue_task, args=(queue, i)) for i in range(5)]
    consumers = [threading.Thread(target=consume_task, args=(queue, i)) for i in range(5)]

    for producer in producers:
        producer.start()
    for consumer in consumers:
        consumer.start()

    for producer in producers:
        producer.join()
    for consumer in consumers:
        consumer.join()

在这个例子中，`Queue` 类包含两个信号量 `producer_semaphore` 和 `consumer_semaphore`，以及基本的入队 `put` 和出队 `get` 方法。生产者在生产数据前会获取生产者信号量，消费者在消费数据前会先检查队列是否非空并获取消费者信号量。通过这种方式，我们实现了生产者不会超过队列容量的生产，以及消费者不会在队列为空时抢夺任务的机制。