【多线程编程学习笔记9】使用信号量实现线程同步

申明：本学习笔记是在该教程的基础上结合自己的学习情况进行的总结，不是原创，想要看原版的请看C语言中文网的多线程编程（C语言+Linux），该网站有很多好的编程学习教程，尤其是关于C语言的。

信号量（Semaphore）的概念最早由荷兰计算机科学家 Dijkstra（迪杰斯特拉）提出，有时又称“信号灯”。本节，我们将详细地讲解如何使用信号量实现线程同步。

和互斥锁类似，信号量本质也是一个全局变量。不同之处在于，互斥锁的值只有 2 个（加锁 “lock” 和解锁 “unlock”），而信号量的值可以根据实际场景的需要自行设置（取值范围为 ≥0）。更重要的是，信号量还支持做“加 1”或者 “减 1”运算，且修改值的过程以“原子操作”的方式实现。

原子操作是指当多个线程试图修改同一个信号量的值时，各线程修改值的过程不会互相干扰。例如信号量的初始值为 1，此时有 2 个线程试图对信号量做“加 1”操作，则信号量的值最终一定是 3，而不会是其它的值。反之若不以“原子操作”方式修改信号量的值，那么最终的计算结果还可能是 2（两个线程同时读取到的值为 1，各自在其基础上加 1，得到的结果即为 2）。

多线程程序中，使用信号量需遵守以下几条规则：

1. 信号量的值不能小于 0；
2. 有线程访问资源时，信号量执行“减 1”操作，访问完成后再执行“加 1”操作；
3. 当信号量的值为 0 时，想访问资源的线程必须等待，直至信号量的值大于 0，等待的线程才能开始访问。

根据初始值的不同，信号量可以细分为 2 类，分别为二进制信号量和计数信号量：

• 二进制信号量：指初始值为 1 的信号量，此类信号量只有 1 和 0 两个值，通常用来替代互斥锁实现线程同步；
• 计数信号量：指初始值大于 1 的信号量，当进程中存在多个线程，但某公共资源允许同