用python编写生产者与消费者模型，运用互斥信号量、空位信号量和满位信号量，包含生产失败和消费失败情况

好的，下面是Python代码实现生产者和消费者模型，包含互斥信号量、空位信号量和满位信号量的运用，以及生产失败和消费失败的情况处理：

import threading
import time
import random

mutex = threading.Semaphore(1)  # 互斥信号量
full = threading.Semaphore(0)  # 满位信号量
empty = threading.Semaphore(10)  # 空位信号量，假设队列最多可以存放10个元素
queue = []  # 队列

class Producer(threading.Thread):
    def run(self):
        global queue
        while True:
            empty.acquire()  # 等待空位信号量，如果队列满了就阻塞
            mutex.acquire()  # 互斥访问队列
            if len(queue) < 10:  # 如果队列还没满
                item = random.randint(1, 100)  # 生产一个随机数
                queue.append(item)  # 放入队列
                print('Produced item:', item)
            else:  # 如果队列已满
                print('Queue is full, production failed')
            mutex.release()
            full.release()  # 发送满位信号量

class Consumer(threading.Thread):
    def run(self):
        global queue
        while True:
            full.acquire()  # 等待满位信号量，如果队列空了就阻塞
            mutex.acquire()  # 互斥访问队列
            if len(queue) > 0:  # 如果队列不为空
                item = queue.pop(0)  # 取出队首元素
                print('Consumed item:', item)
            else:  # 如果队列已空
                print('Queue is empty, consumption failed')
            mutex.release()
            empty.release()  # 发送空位信号量

# 创建10个生产者和10个消费者线程
for i in range(10):
    Producer().start()
    Consumer().start()

在这个示例中，我们创建了一个全局队列`queue`，同时创建了一个互斥信号量`mutex`、一个空位信号量`empty`和一个满位信号量`full`。在生产者线程中，每当队列未满时，就生成一个随机数并放入队列中，如果队列已满则打印“队列已满，生产失败”的消息。在消费者线程中，每当队列不为空时，就从队列中取出队首元素并打印，如果队列已空则打印“队列已空，消费失败”的消息。

值得注意的是，在生产者线程中，我们使用了`empty.acquire()`和`full.release()`来等待空位信号量和发送满位信号量；在消费者线程中，我们使用了`full.acquire()`和`empty.release()`来等待满位信号量和发送空位信号量。这样可以保证生产者和消费者线程之间的同步和互斥。

此外，我们假设队列最多可以存放10个元素，因此在初始化空位信号量时，设为10。如果队列大小不确定，可以将空位信号量和满位信号量设为`threading.Semaphore()`，不指定初始值即可。