线程同步——信号量

文章目录一、信号量介绍1.1 什么是信号量1.2 信号量的原子性1.3 信号量的使用二、C语言使用2.1 函数接口2.2 信号量代码三、C20使用3.1 函数接口3.2 样例线程间同步四、C11模拟信号量一、信号量介绍1.1 什么是信号量信号量是一种特殊的变量是操作系统层面的可以被增加或减少。信号量用于保护一段资源使其每次只能被有限的线程访问到。1.2 信号量的原子性对信号量的访问被保证是原子操作不需要加锁。如果一个程序中有多个线程试图改变一个信号量的值系统保证所有的操作都将依次进行。1.3 信号量的使用信号量通常和互斥锁配合使用互斥锁用于保护共享资源防止多个线程同时访问同一资源导致的竞争问题。而信号量则用于控制对共享资源的并发访问数量以此实现某些同步机制二、C语言使用2.1 函数接口功能 初始化信号量 返回值失败返回-1成功返回0入参 pshared:为真表示为多个进程间共享为0表示是当前进程的局部信号量 value:sem的初始值信号量的大小intsem_init(sem_t*psem,intpshared,unsignedintvalue);功能 获取信号量 返回值失败返回-1成功返回0入参intsem_wait(sem_t*sem);功能 释放信号量 返回值失败返回-1成功返回0入参intsem_post(sem_t*sem);功能 销毁信号量 返回值失败返回-1成功返回0入参intsem_destory(sem_t*sem);如果不销毁信号量则线程退出时可能会产生问题如果你的程序创建了大量的信号量而没有及时销毁可能会将操作系统的资源耗尽。2.2 信号量代码#includestdio.h#includeunistd.h#includestdlib.h#includepthread.h#includesemaphore.hsem_t semDownload;voidfunc(void*arg){sem_wait(semDownload);unsignedint*taskType(unsignedint*)arg;printf( Downloading taskType %d \n,*taskType);sleep(*taskType*2);printf( Finished taskType %d \n,*taskType);sem_post(semDownload);}intmain(){if(sem_init(semDownload,0,2)-1){printf(sem_init error\n);return0;}unsignedinttaskTypeId;pthread_t a_thread,b_thread,c_thread;while(scanf(%d,taskTypeId)!EOF){unsignedintpara1,para2,para3;switch(taskTypeId){case1:para1taskTypeId;pthread_create(a_thread,NULL,(void*)func,(void*)para1);break;case2:para2taskTypeId;pthread_create(b_thread,NULL,(void*)func,(void*)para2);break;case3:para3taskTypeId;pthread_create(c_thread,NULL,(void*)func,(void*)para3);break;default:printf(!!! error taskTypeId %d !!!\n,taskTypeId);break;}}sem_destroy(semDownload);return0;}三、C20使用C20 标准引入了std::counting_semaphore和std::binary_semaphore类分别用于实现计数信号量和二值信号量的功能。3.1 函数接口//计数信号量std::counting_semaphoresize_t max_numobj(size_t init_num);obj.acquire();obj.release();//二值信号量std::binary_semaphoreobj(size_t init_num);这些信号量会在声明周期结束后自动销毁无需显示调用3.2 样例线程间同步#includeiostream#includethread#includesemaphore// 初始许可为 0意味着 acquire 会立即阻塞直到有人 releasestd::counting_semaphore1ready_signal(0);voidproducer(){std::coutProducer: Preparing data...\n;std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));// 模拟准备数据std::coutProducer: Data ready! Signaling consumer.\n;// 释放许可唤醒等待的消费者ready_signal.release();}voidconsumer(){std::coutConsumer: Waiting for data...\n;// 阻塞等待直到 producer 调用 releaseready_signal.acquire();std::coutConsumer: Received signal. Processing data.\n;}intmain(){std::threadt_prod(producer);std::threadt_cons(consumer);t_prod.join();t_cons.join();return0;}四、C11模拟信号量使用互斥锁和条件变量模拟