multithreading - 生产者使用者同步只有1个信号量

Question

在Producer-Consumer problem中，标准解决方案使用3个信号量。
但是，我想知道我们是否只能使用1个信号量:

semaphore mutex = 1

procedure producer() {
    while (true) {
        down(mutex)
        if (bufferNotFull()) {
            item = produceItem()
            putItemIntoBuffer(item)
        }
        up(mutex)
    }
}

procedure consumer() {
    while (true) {
        down(mutex)
        if (bufferNotEmpty()) {
            item = removeItemFromBuffer()
            consumeItem(item)
        }
        up(mutex)
    }
}

此解决方案是否与标准解决方案一样好？

标准解决方案供引用:

semaphore mutex = 1
semaphore fillCount = 0
semaphore emptyCount = BUFFER_SIZE

procedure producer() {
    while (true) {
        item = produceItem()
        down(emptyCount)
        down(mutex)
        putItemIntoBuffer(item)
        up(mutex)
        up(fillCount)
    }
}

procedure consumer() {
    while (true) {
        down(fillCount)
        down(mutex)
        item = removeItemFromBuffer()
        consumeItem(item)
        up(mutex)
        up(emptyCount)
    }
}

Answer 1

“标准解决方案”不必使用3个信号量。对于您只有一个生产者和一个消费者的情况，即使您链接的Wikipedia文章也有两种信号量解决方案:

semaphore fillCount = 0; // items produced
semaphore emptyCount = BUFFER_SIZE; // remaining space

procedure producer() 
{
    while (true) 
    {
        item = produceItem();
        down(emptyCount);
        putItemIntoBuffer(item);
        up(fillCount);
    }
}

procedure consumer() 
{
    while (true) 
    {
        down(fillCount);
        item = removeItemFromBuffer();
        up(emptyCount);
        consumeItem(item);
    }
}

具有单个信号量的解决方案并不是很好，因为它们在您实际需要时仅给您一个等待条件-“等待可用空间”和“等待项目”。您不能使用一个信号量来做到这两者。
无论如何，您的解决方案都没有错，它的效率非常低，因为在任何给定时刻，只有一个生产者或一个消费者都可以运行。这本质上是单线程代码，仅在线程之间具有锁和上下文切换。因此，它比实际的单线程代码效率更低。
还有一件事-物品的生产和消费通常不是关键部分的一部分。在消耗或生产商品时，其他线程可以运行。仅在使用缓冲区时，我们才需要互斥。