面试题：并发与同步之操作系统同步原语组合的基础应用

设计思路

互斥锁（Mutex）：用于保护共享缓冲区，确保在同一时间只有一个线程可以访问共享缓冲区，防止多个线程同时读写造成的数据不一致。
信号量（Semaphore）：
- 一个信号量（例如 empty）用于表示共享缓冲区中的空闲空间，初始值为缓冲区的容量。当线程A要写入数据时，先获取 empty 信号量，如果有空闲空间则可以写入，写入后释放表示有数据的信号量（例如 full）。
- 另一个信号量（例如 full）用于表示共享缓冲区中的数据数量，初始值为0。当线程B要读取数据时，先获取 full 信号量，如果有数据则可以读取，读取后释放 empty 信号量。

关键代码片段（以C++为例，使用C++11的线程库和信号量、互斥锁相关类）

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
#include <chrono>

std::mutex mtx;
std::condition_variable empty, full;
std::queue<int> sharedBuffer;
const int bufferSize = 5;

void threadA() {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        empty.wait(lock, [] { return sharedBuffer.size() < bufferSize; });
        sharedBuffer.push(i);
        std::cout << "Thread A pushed: " << i << std::endl;
        lock.unlock();
        full.notify_one();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}

void threadB() {
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        full.wait(lock, [] { return!sharedBuffer.empty(); });
        int data = sharedBuffer.front();
        sharedBuffer.pop();
        std::cout << "Thread B popped: " << data << std::endl;
        lock.unlock();
        empty.notify_one();
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
    }
}

int main() {
    std::thread a(threadA);
    std::thread b(threadB);

    a.join();
    b.join();

    return 0;
}

在上述代码中：

std::mutex mtx 是互斥锁，用于保护共享缓冲区 sharedBuffer。
std::condition_variable empty 和 std::condition_variable full 模拟信号量的功能，empty 表示缓冲区的空闲空间，full 表示缓冲区中的数据。
threadA 线程向共享缓冲区写入数据，threadB 线程从共享缓冲区读取数据，通过互斥锁和条件变量（模拟信号量）保证了数据的正确读写，避免了竞态条件。

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面试题：并发与同步之操作系统同步原语组合的基础应用

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面试题答案

设计思路

关键代码片段（以C++为例，使用C++11的线程库和信号量、互斥锁相关类）