Lock vs Semaphore vs Condition Variable vs Monitor（中文）

目录

1. Critical Section(CS)

2. Lock

3. Semaphore

4. Condition variable

5. Monitor

6. 总结

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在多线程（并发）程序中，多个线程会访问同一个共享内存，为了避免产生一些奇怪的结果，这些线程应该按照合适的顺序访问共享内存，这个过程称为同步（synchronization）。可是仅仅保持同步还不够，为了让同步更加高效，多个线程互相之间也要保持交流。这篇文章主要讨论线程同步（synchronization）和交流（communication）。

1. Critical Section(CS)

临界区（Critical section）是程序的一段代码块，临界区不能被多个线程在同一时间访问，临界区的访问是互斥的，某一时刻最多只能有一个线程能进临界区。

2. Lock

Lock，叫做锁，提供了一种互斥的方式，Lock能保证某一时刻只有一个线程能进入到临界区（CS），如下面的伪代码：

Lock num_mutex; // num_mutex 是一个Lock对象
 
######################################
 
 
Thread1:
 
// 获取锁
mutex_lock(&num_mutex);
 
// ******** 临界区 *******
num++;
// ******** 临界区 *******
 
// 释放锁
mutex_unlock(&num_mutex); 
 
 
######################################
 
 
Thread2:
 
// 获取锁
mutex_lock(&num_mutex);
 
// ******** 临界区 *******
num++;
// ******** 临界区 *******
 
// 释放锁
mutex_unlock(&num_mutex);

在上面的伪代码中，num++ 不是原子性操作，所以 num++ 不能同时被两个线程执行。 当Thread1和Thread2同时获取锁，只有一个线程最终能获取锁，然后获取到锁的线程进入临界区(执行num++)，另一个线程必须一直等待到锁被释放。

再来看下经典的生产者-消费者问题，用Lock可以解决这个问题，如下代码：

Lock count_mutex; // count_mutex 是一个Lock对象

int count = 0; // 待消费的商品数量
 
 
#############################################
 
 
 
Producer Thread
 
// 获取锁
mutex_lock(&count_mutex);
 
// 如果count等于 MAX_SIZE, 不能生产，需要等待
while(count == MAX_SIZE){
    
    // 释放锁,将锁让给Consumer
    mutex_unlock(&count_mutex);
 
    Thread.sleep(3000); // 睡眠3秒
    
    // 睡眠唤醒之后，再次获取锁
    mutex_lock(&count_mutex);
}
 
// ***** 临界区 ****//
 
// 生产
produce();
 
// 生产之后，count加1
count++;
 
// ***** 临界区 ****//
 
// 生产之后释放锁
mutex_unlock(&count_mutex);
 
 
 
##############################################
 
 
Consumer Thread
 
// 获取锁
mutex_lock(&count_mutex);
 
// 如果count 等