面试题：并发与同步：信号量在生产者 - 消费者模型中的应用

信号量在生产者 - 消费者模型中实现并发控制与同步的原理：
- 同步：信号量用于协调生产者和消费者的操作顺序。生产者在生产数据后，通过信号量通知消费者有新数据可用；消费者在消费数据前，通过信号量等待有数据可用。
- 并发控制：信号量可以限制同时访问共享资源（如缓冲区）的线程数量。例如，通过设置信号量的初值来控制缓冲区的可用槽位数量，防止生产者在缓冲区满时继续写入，以及消费者在缓冲区空时继续读取。
伪代码示例：

// 定义信号量
Semaphore empty; // 表示缓冲区中的空闲槽位
Semaphore full;  // 表示缓冲区中的已占用槽位
Semaphore mutex; // 用于保护共享缓冲区的互斥访问

// 初始化信号量
empty = 缓冲区大小;
full = 0;
mutex = 1;

// 生产者线程
Producer() {
    while (true) {
        // 生产数据
        data = produceData(); 
        empty.wait(); // 等待缓冲区有空闲槽位
        mutex.wait(); // 进入临界区，保护共享缓冲区
        // 将数据放入缓冲区
        putDataToBuffer(data); 
        mutex.signal(); // 离开临界区
        full.signal(); // 通知缓冲区有新数据
    }
}

// 消费者线程
Consumer() {
    while (true) {
        full.wait(); // 等待缓冲区有数据
        mutex.wait(); // 进入临界区，保护共享缓冲区
        // 从缓冲区取出数据
        data = getDataFromBuffer(); 
        mutex.signal(); // 离开临界区
        empty.signal(); // 通知缓冲区有空闲槽位
        // 消费数据
        consumeData(data); 
    }
}

信号量初值设置及原因：
- empty信号量：初值设为缓冲区大小。原因是它代表缓冲区中初始的空闲槽位数量，生产者在向缓冲区写入数据前需要获取empty信号量，只有当缓冲区有空闲槽位时才能写入数据，从而防止缓冲区溢出。
- full信号量：初值设为0。因为初始时缓冲区中没有数据，消费者在从缓冲区读取数据前需要获取full信号量，只有当缓冲区有数据（即full信号量值大于0）时才能读取，从而防止消费者从空缓冲区读取数据。
- mutex信号量：初值设为1。它用于保护共享缓冲区，确保同一时间只有一个线程（生产者或消费者）可以访问缓冲区，实现互斥访问，避免数据竞争。

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