面试题：并发与同步之生产者消费者问题中等难度

信号量原理

信号量（Semaphore）是一个整型变量，通过一个计数器来控制对共享资源的访问。当计数器大于0时，表示有可用资源，线程可以获取信号量（将计数器减1）来访问资源；当计数器为0时，表示资源已被占用，线程需要等待，直到其他线程释放信号量（将计数器加1）。

伪代码实现

// 定义缓冲区大小
const int bufferSize = 5;
// 缓冲区
int buffer[bufferSize];
// 缓冲区当前位置
int in = 0;
int out = 0;

// 信号量：表示缓冲区中可用的槽位
Semaphore empty(bufferSize);
// 信号量：表示缓冲区中已占用的槽位
Semaphore full(0);
// 互斥锁，用于保护对缓冲区的访问
Mutex mutex;

// 生产者线程函数
void producer() {
    while (true) {
        // 生成数据
        int item = produceItem();
        // 获取一个空槽位
        empty.wait();
        // 进入临界区
        mutex.lock();
        // 将数据放入缓冲区
        buffer[in] = item;
        in = (in + 1) % bufferSize;
        // 离开临界区
        mutex.unlock();
        // 释放一个已占用的槽位
        full.signal();
    }
}

// 消费者线程函数
void consumer() {
    while (true) {
        // 获取一个已占用的槽位
        full.wait();
        // 进入临界区
        mutex.lock();
        // 从缓冲区取出数据
        int item = buffer[out];
        out = (out + 1) % bufferSize;
        // 离开临界区
        mutex.unlock();
        // 释放一个空槽位
        empty.signal();
        // 消费数据
        consumeItem(item);
    }
}

在上述伪代码中：

empty 信号量用于表示缓冲区中的空槽位数量，初始值为 bufferSize。
full 信号量用于表示缓冲区中的已占用槽位数量，初始值为 0。
mutex 是一个互斥锁，用于保护对共享缓冲区的访问，确保同一时间只有一个线程可以访问缓冲区。
生产者线程先获取 empty 信号量（如果没有空槽位则等待），然后进入临界区，将数据放入缓冲区，离开临界区后释放 full 信号量，表示缓冲区有新的数据。
消费者线程先获取 full 信号量（如果没有已占用槽位则等待），然后进入临界区，从缓冲区取出数据，离开临界区后释放 empty 信号量，表示缓冲区有了空槽位。

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伪代码实现