自选语言编写一个程序,模拟多个生产者进程和多个消费者进程并发执行,并采用信号量

语言：Python

下面是一个简单的多线程生产者和消费者程序，使用了Python的threading库和信号量来同步线程。其中，生产者线程会生成随机数，将其放入队列中，而消费者线程会从队列中获取随机数进行消费。

import threading
import queue
import random

# 初始化队列和信号量
q = queue.Queue(maxsize=10)
lock = threading.Lock()
empty = threading.Semaphore(10)
full = threading.Semaphore(0)

# 生产者线程函数
def producer():
    while True:
        empty.acquire()  # 等待空缓冲区
        lock.acquire()
        item = random.randint(1, 100)
        q.put(item)
        print("Producing item {}".format(item))
        lock.release()
        full.release()   # 增加满缓冲区信号量

# 消费者线程函数
def consumer():
    while True:
        full.acquire()   # 等待有数据可消费
        lock.acquire()
        item = q.get()
        print("Consuming item {}".format(item))
        lock.release()
        empty.release()  # 增加空缓冲区信号量

# 创建并启动生产者和消费者线程
for i in range(5):
    threading.Thread(target=producer).start()
for i in range(5):
    threading.Thread(target=consumer).start()

在上面的程序中，我们使用了一个队列作为生产者和消费者之间的缓冲区。生产者线程将生成的随机数放入队列中，而消费者线程则从队列中获取随机数进行消费。为了实现线程间的同步，我们使用了Python的信号量机制。信号量允许线程在共享资源上进行互斥访问，从而避免了线程之间的竞争和冲突。在我们的程序中，我们使用了两个信号量：empty和full。empty表示当前空闲缓冲区的数量，full表示当前已经填充缓冲区的数量。当生产者线程生成一个随机数时，它会首先获取empty信号量，表示等待空闲缓冲区的出现。然后，它会获取锁，往队列中添加随机数，并打印出当前生产的数值。最后，它会释放锁，并增加full信号量，表示填充缓冲区的数量增加了一个。当消费者线程从队列中获取一个随机数时，它会首先获取full信号量，表示等待有数据可消费。然后，它会获取锁，从队列中获取随机数，并打印出当前消费的数值。最后，它会释放锁，并增加empty信号量，表示空闲缓冲区的数量增加了一个。