用高级语言模拟生产者消费者问题的实现(缓冲区容量为8),但是该程序存在缺陷,不能循环利用缓冲区,当出现如下图所示的情况时,表示有两个空闲的缓冲区,但运行程序时生产者却不能放置产品,请修改程序以得到正确的运行结果
时间: 2024-02-15 10:05:22 浏览: 74
好的,我会尽力解答您的问题。以下是一段用 Python 语言实现生产者消费者问题的示例代码,缓冲区容量为 8,但存在缺陷:
```python
import threading
import time
# 缓冲区
buffer = []
# 缓冲区容量
capacity = 8
# 生产者数量
prod_num = 5
# 消费者数量
cons_num = 3
# 互斥锁
mutex = threading.Lock()
# 条件变量
not_full = threading.Condition(mutex)
not_empty = threading.Condition(mutex)
# 生产者线程
class Producer(threading.Thread):
def run(self):
global buffer
while True:
# 生产者睡眠一段时间
time.sleep(1)
# 获取互斥锁
mutex.acquire()
# 如果缓冲区已满,等待
while len(buffer) == capacity:
not_full.wait()
# 生产产品并加入缓冲区
buffer.append(1)
print("Producer %s produced 1 product, now buffer size is %s" % (self.name, len(buffer)))
# 唤醒等待的消费者线程
not_empty.notify()
# 释放互斥锁
mutex.release()
# 消费者线程
class Consumer(threading.Thread):
def run(self):
global buffer
while True:
# 消费者睡眠一段时间
time.sleep(2)
# 获取互斥锁
mutex.acquire()
# 如果缓冲区为空,等待
while len(buffer) == 0:
not_empty.wait()
# 从缓冲区中取出一个产品并消费
buffer.pop()
print("Consumer %s consumed 1 product, now buffer size is %s" % (self.name, len(buffer)))
# 唤醒等待的生产者线程
not_full.notify()
# 释放互斥锁
mutex.release()
# 创建生产者线程和消费者线程
for i in range(prod_num):
Producer().start()
for i in range(cons_num):
Consumer().start()
```
该程序存在的缺陷是:当缓冲区空间不连续时,会出现生产者不能放置产品的情况。例如,当缓冲区现在的状态为 `[1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1]` 时,虽然有两个空闲的缓冲区,但是生产者却不能放置产品。
要解决这个问题,我们需要让生产者在缓冲区循环利用空间,即当缓冲区的末尾已经到达最后一个位置时,将其指向缓冲区的第一个位置。修改后的代码如下:
```python
import threading
import time
# 缓冲区
buffer = []
# 缓冲区容量
capacity = 8
# 生产者数量
prod_num = 5
# 消费者数量
cons_num = 3
# 互斥锁
mutex = threading.Lock()
# 条件变量
not_full = threading.Condition(mutex)
not_empty = threading.Condition(mutex)
# 缓冲区指针
in_ptr = 0
out_ptr = 0
# 生产者线程
class Producer(threading.Thread):
def run(self):
global buffer, in_ptr
while True:
# 生产者睡眠一段时间
time.sleep(1)
# 获取互斥锁
mutex.acquire()
# 如果缓冲区已满,等待
while (in_ptr + 1) % capacity == out_ptr:
not_full.wait()
# 生产产品并加入缓冲区
buffer.append(1)
in_ptr = (in_ptr + 1) % capacity
print("Producer %s produced 1 product, now buffer size is %s" % (self.name, len(buffer)))
# 唤醒等待的消费者线程
not_empty.notify()
# 释放互斥锁
mutex.release()
# 消费者线程
class Consumer(threading.Thread):
def run(self):
global buffer, out_ptr
while True:
# 消费者睡眠一段时间
time.sleep(2)
# 获取互斥锁
mutex.acquire()
# 如果缓冲区为空,等待
while in_ptr == out_ptr:
not_empty.wait()
# 从缓冲区中取出一个产品并消费
buffer[out_ptr] = 0
out_ptr = (out_ptr + 1) % capacity
print("Consumer %s consumed 1 product, now buffer size is %s" % (self.name, len(buffer)))
# 唤醒等待的生产者线程
not_full.notify()
# 释放互斥锁
mutex.release()
# 创建生产者线程和消费者线程
for i in range(prod_num):
Producer().start()
for i in range(cons_num):
Consumer().start()
```
在新的代码中,我们增加了两个指针 `in_ptr` 和 `out_ptr`,分别表示缓冲区的头和尾。当生产者往缓冲区中放置产品时,将 `in_ptr` 指向下一个位置,如果 `in_ptr` 到达了缓冲区的最后一个位置,则将其指向第一个位置。当消费者从缓冲区中取出产品时,将 `out_ptr` 指向下一个位置,并且如果 `out_ptr` 到达了缓冲区的最后一个位置,则将其指向第一个位置。这样,当缓冲区的空间不连续时,生产者就可以循环利用空间了。
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