进程同步与互斥 生产者-消费者问题

生产者-消费者问题是指在一个共享缓冲区中，生产者进程向缓冲区中放入数据，而消费者进程从缓冲区中取出数据。为了避免生产者进程在缓冲区已满时继续放入数据，或者消费者进程在缓冲区为空时继续取出数据，需要进行进程同步与互斥。

一种解决方案是使用信号量。定义两个信号量：empty和full，分别表示缓冲区空闲的空间和缓冲区已经存储的数据量。当生产者进程向缓冲区中放入数据时，需要先判断empty信号量的值是否大于0，如果是，则表示缓冲区还有空闲的空间，可以放入数据；否则，需要等待消费者进程取出数据，释放空间。当消费者进程从缓冲区中取出数据时，需要先判断full信号量的值是否大于0，如果是，则表示缓冲区中有数据可以取出；否则，需要等待生产者进程放入数据，增加数据量。

下面是一个Python实现的生产者-消费者问题的例子：

import threading
import time

# 定义缓冲区大小
BUFFER_SIZE = 10

# 定义信号量
empty = threading.Semaphore(BUFFER_SIZE)
full = threading.Semaphore(0)

# 定义缓冲区
buffer = []

# 定义生产者线程
class ProducerThread(threading.Thread):
    def run(self):
        global buffer
        while True:
            # 生产数据
            item = time.time()
            # 获取empty信号量
            empty.acquire()
            # 向缓冲区中放入数据
            buffer.append(item)
            print("Produced:", item)
            # 释放full信号量
            full.release()
            # 等待一段时间
            time.sleep(1)

# 定义消费者线程
class ConsumerThread(threading.Thread):
    def run(self):
        global buffer
        while True:
            # 获取full信号量
            full.acquire()
            # 从缓冲区中取出数据
            item = buffer.pop(0)
            print("Consumed:", item)
            # 释放empty信号量
            empty.release()
            # 等待一段时间
            time.sleep(2)

# 创建生产者线程和消费者线程
producer_thread = ProducerThread()
consumer_thread = ConsumerThread()

# 启动线程
producer_thread.start()
consumer_thread.start()