面试题：Python中Condition同步原语的复杂应用场景

Question

假设你有一个生产者 - 消费者模型，生产者线程生产数据并放入队列，消费者线程从队列中取出数据处理。使用`Condition`同步原语来实现这个模型，需要处理队列满和队列空的情况，阐述实现思路并给出关键代码片段。

Answer 1

实现思路

1. 创建一个共享队列用于存储数据。
2. 使用 Condition 对象来协调生产者和消费者线程之间的同步。
3. 生产者线程在向队列中放入数据前，先检查队列是否已满。如果已满，调用 condition.wait() 等待，直到队列有空间。放入数据后，调用 condition.notify() 唤醒等待的消费者线程。
4. 消费者线程在从队列中取出数据前，先检查队列是否为空。如果为空，调用 condition.wait() 等待，直到队列中有数据。取出数据后，调用 condition.notify() 唤醒等待的生产者线程。

关键代码片段

import threading
import queue


class ProducerConsumer:
    def __init__(self, capacity):
        self.queue = queue.Queue(capacity)
        self.condition = threading.Condition()

    def producer(self, item):
        with self.condition:
            while self.queue.full():
                self.condition.wait()
            self.queue.put(item)
            print(f"Produced: {item}")
            self.condition.notify()

    def consumer(self):
        with self.condition:
            while self.queue.empty():
                self.condition.wait()
            item = self.queue.get()
            print(f"Consumed: {item}")
            self.condition.notify()

可以这样使用上述代码：

# 创建生产者 - 消费者实例，队列容量为 5
pc = ProducerConsumer(5)

# 模拟生产者生产数据
producer_thread = threading.Thread(target=pc.producer, args=(1,))
producer_thread.start()

# 模拟消费者消费数据
consumer_thread = threading.Thread(target=pc.consumer)
consumer_thread.start()

producer_thread.join()
consumer_thread.join()

上述代码中，ProducerConsumer 类封装了生产者 - 消费者模型的逻辑。producer 方法负责生产数据并放入队列，consumer 方法负责从队列中取出数据并处理。Condition 用于在队列满或空时协调线程的等待与唤醒。