[Java知识库]PV操作的本质：以生产者—消费者问题为例

1.对于问题的描述：

1. 系统中有一组生产者进程和一组消费者进程
2. 生产者和消费者共享一个初始为空、大小为n的缓存区
3. 生产者进程每次生产一个进程放入缓存区，消费者进程每次从缓存区取出一个进程并使用
4. 只有缓存区没满时，生产者才可以把产品放入缓存区，否则必须等待
5. 只有缓冲区不空时，消费者才可以从缓冲区取出产品，否则必须等待
6. 缓冲区是临界资源，各进程必须互斥的访问

2.对于问题的解释（不抽象的说法）：

我们可以把生产者—消费者问题创造成一个模型：厂家——超市——客户：

1. 厂家每次只能生产一个产品，并且需要立刻送到超市，并且占用超市的一个空间，当超市的空间被占满时，厂家无法再生产产品，并且只能等待客户购买产品之后再生产产品。
2. 超市的空间是有限的，厂家每送来一个产品，都需要占用超市的一个空间。
3. 客户只能在超市有产品时购买产品，不然需要等待厂家生产并运输产品到超市。
4. 超市只有一个通道，厂家和客户不能同时对超市进行操作。

3.对于上述模型中信号量的引入：

1. 厂家就是问题中的生产者（producer），超市是缓存区（buffer），客户是消费者（consumer）
2. 问题中，缓存区的大小为n，可以设置如下信号量：
   somaphore empty = n //表示超市（缓存区）的空间为n;
   somaphore full = 0 //表示超市目前的产品数量为0;
3. 针对超市的一个通道，即厂家和客户不能同时操作，引入信号量mutex（互斥信号量），当互斥信号量为0时，无法操作，需要等待信号量被释放为1
   somaphore mutex = 1

4.PV操作的含义：

1. P操作可以理解为，使用掉请求的一个资源，如： P(empty) = empty-1
2. V操作可以理解为，释放（增加）请求的一个资源，如：V(empty) = empty+1
3. 有时也会使用 wait() 和 signal() ，在实际作用上分别等价于 P() 和 V()

5.生产者——消费者问题PV操作的实现：

对于生产者来说：

他需要先向超市请求一个位置，P(empty)
发现超市有空位并且被他消耗掉之后，再向超市请求使用通道操作，P(mutex)
将产品放入超市之后
让出通道，告诉超市自己操作完了，V(mutex)
超市的产品数+1，V(full)

producer(){
	while(1){
		P(empty);
		P(mutex);
		//把产品放入buffer
		V(mutex);
		V(full);
	}
}

对于消费者来说：

他需要先向超市请求一个产品，P(full)
发现超市有产品，自己要过去使用，向超市请求使用通道，P(mutex)
使用完之后
让出通道，V(mutex)
使用了超市的一个产品，那么超市的空间+1，V(empty)

consumer(){
	while(1){
		P(full);
		P(mutex);
		//把产品从buffer拿出来
		V(mutex);
		V(empty);
	}
}