面试题：Rust条件变量在复杂场景下的应用

use std::sync::{Arc, Condvar, Mutex};
use std::thread;
use std::time::Duration;

// 定义共享队列的最大容量
const QUEUE_CAPACITY: usize = 5;

fn main() {
    let queue = Arc::new((Mutex::new(Vec::with_capacity(QUEUE_CAPACITY)), Condvar::new()));
    let producer_queue = queue.clone();
    let consumer_queue = queue.clone();

    // 创建生产者线程
    let producer = thread::spawn(move || {
        let (lock, cvar) = &*producer_queue;
        let mut data = 0;

        loop {
            let mut queue = lock.lock().unwrap();

            while queue.len() == QUEUE_CAPACITY {
                queue = cvar.wait(queue).unwrap();
            }

            queue.push(data);
            println!("Produced: {}", data);
            data += 1;

            cvar.notify_one();
        }
    });

    // 创建消费者线程
    let consumer = thread::spawn(move || {
        let (lock, cvar) = &*consumer_queue;

        loop {
            let mut queue = lock.lock().unwrap();

            while queue.is_empty() {
                queue = cvar.wait(queue).unwrap();
            }

            let item = queue.remove(0);
            println!("Consumed: {}", item);

            cvar.notify_one();

            // 模拟处理数据的时间
            thread::sleep(Duration::from_millis(100));
        }
    });

    // 等待线程结束（实际上这里的线程不会结束，只是为了防止主线程提前退出）
    producer.join().unwrap();
    consumer.join().unwrap();
}

关键步骤解释：

定义共享队列和条件变量：
- 使用 Arc<(Mutex<Vec<T>>, Condvar)> 来创建一个线程安全的共享队列和条件变量。Arc 用于在多个线程间共享所有权，Mutex 用于保护共享队列，Condvar 用于线程间的同步。
- QUEUE_CAPACITY 定义了共享队列的最大容量。
生产者线程：
- 获取锁并进入临界区，使用 lock.lock().unwrap()。
- 当队列满时（queue.len() == QUEUE_CAPACITY），调用 cvar.wait(queue).unwrap() 释放锁并等待条件变量通知。这一步保证了生产者线程不会一直占用锁，避免死锁和线程饥饿。
- 生成数据并放入队列，然后使用 cvar.notify_one() 通知等待的消费者线程。
消费者线程：
- 同样获取锁并进入临界区。
- 当队列空时（queue.is_empty()），调用 cvar.wait(queue).unwrap() 释放锁并等待条件变量通知。
- 从队列中取出数据并处理，然后使用 cvar.notify_one() 通知等待的生产者线程。
线程创建与等待：
- 使用 thread::spawn 创建生产者和消费者线程。
- 使用 join 方法等待线程结束（在实际应用中，这些线程可能是长期运行的，这里只是为了防止主线程提前退出）。

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知识考点

面试题答案

关键步骤解释：