python 信号量 semaphore

信号量

信号量（英语：semaphore）又称为信号标，
是一个同步对象，用于保持在0至指定最大值之间的一个计数值。
当线程完成一次对该semaphore对象的等待（wait）时，该计数值减一；
当线程完成一次对semaphore对象的释放（release）时，计数值加一。
当计数值为0，则线程等待该semaphore对象不再能成功直至该semaphore对象变成signaled状态。
semaphore对象的计数值大于0，为signaled状态；计数值等于0，为nonsignaled状态.

信号量的概念是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·戴克斯特拉（Edsger W. Dijkstra）发明，广泛的应用于不同的操作系统中。
在系统中，给予每一个进程一个信号量，代表每个进程目前的状态，
未得到控制权的进程会在特定地方被强迫停下来，等待可以继续进行的信号到来。
如果信号量是一个任意的整数，通常被称为计数信号量（Counting semaphore），或一般信号量（general semaphore）；
如果信号量只有二进制的0或1，称为二进制信号量（binary semaphore）。

以停车场的运作为例。
假设停车场只有三个车位，开始三个车位都是空的。
这时同时来了五辆车，看门人开闸允许其中三辆直接进入，
剩下的车则必须在入口等待，后续来的车也在入口处等待。
这时一辆车想离开停车场，告知看门人，打开闸门放他出去，
看门人看了看空车位数量，然后看门人才让外面的一辆车进去。
如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。
在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，
看门人起的就是信号量的作用。

计数信号量具备两种操作动作，
V（signal()）
P（wait()）
（即部分参考书常称的“PV操作”）。
V操作会增加信号标S的数值，P操作会减少它。

运作方式：

初始化，给与它一个非负数的整数值。 如车位3个
运行P（wait()），信号标S的值将被减少。 减少一个车位
企图进入临界区段的进程，需要先运行P（wait()）。 进入前，空车位数减1再放它进去
当信号标S减为负值时，进程会被挡住，不能继续； 没车位了，就拦住后面想进入的车
当信号标S不为负值时，进程可以获准进入临界区段。 有车位了，那就进去

运行V（signal()），信号标S的值会被增加。 告知，有车离开停车场了，显示空车位加1
结束离开临界区段的进程，将会运行V（signal()）。 车离开前，会告诉看门人，放他出去
当信号标S不为负值时，先前被挡住的其他进程，将可获准进入临界区段。 有空车位，可以让其它车进去

下面介绍python里面的信号量semaphore

python统一了所有的命名
使用与线程锁同样的方法命名小好和释放资源
acquire方法 消耗资源加1 空车位减1
release方法 释放资源加1 空车位加1

创建BoundedSemaphore类实例
才可以使用信号量semaphore

通过该类的构造方法传入计数器的最大值空车位总数

from threading import BoundedSemaphore
Max =3
s =BoundedSemaphore(Max)
print(s._value)#输出计数器的值
s.acquire()#消耗1个资源
s.acquire()
s.acquire()
print(s._value)#输出计数器的值   这时输出的是0 也可以表示为False   当设定条件时，可以使用False来作为条件判断
# s.acquire()#已经没有资源了，再减就一直处于等待状态，除非设定了其他资源在执行完毕后并释放  这样才能继续消耗

s.release()#释放1个资源
s.release()
s.release()
# s.release()#已超过资源设定的最大值了，再加就抛出异常    相当于停车场一共才3个车位，怎么会显示有4个车位呢？
print(s._value)#输出计数器的值

一个4S店有5个车位，进货，再卖车的示例：

from atexit import register
from random import randrange
from threading import BoundedSemaphore,Lock,Thread
from time import ctime,sleep

lock =Lock() #创建线程锁
Max =5#总共车位数量
Parking = BoundedSemaphore(Max)#信号量 值为5

#拉车进货 每次进车动作时执行时，不能卖车
def CarInto():
    lock.acquire()#获取线程锁
    print("车位:",Parking._value,end="")
    print("准备拉车入库....",end="")
    # 如果消耗资源成功，车辆进入，否则显示车已经足够
    try:
        Parking.acquire()#消耗1资源
    except ValueError:
        print("车位已经满了,车位:",Parking._value)
    else:
        print("车辆进入,车位:",Parking._value)
    lock.release()#释放线程锁

#卖车出去  每次卖车动作在执行时，不能进车
def CarLeave():
    lock.acquire()# 获取线程锁
    print("车位:",Parking._value,end="")
    print("准备卖车出库....",end ="")
    # 当资源释放成功，车辆出去，否则显示没有车了
    try:
        Parking.release()#增加1资源
    except ValueError:
        print("没有车了,车位:",Parking._value)
    else:
        print("车辆卖出,车位:",Parking._value)
    lock.release() #释放线程锁

#拉车进库  loops为一个数值 #产生[loops]次拉车入库动作
def PullIn(loops):
    for i in range(loops):
        CarInto()
        sleep(3)

#卖车出去  loops为一个数值 #产生[loops]次卖车出库动作
def ThrowOut(loops):
    for i in range(loops):#产生2-5次卖车动作
        CarLeave()
        sleep(3)#每个卖车动作 休眠1-3秒
    
def main():
    print("开始营业:",ctime())
    nloops = randrange(4,7)#产生一个4-6的随机数
    print("设定车位:%d"%Max)
    print('随机值为',nloops)#卖出车的最高值
#  一般情况下会线执行进货再卖车
    # 进货线程   实例
    #  [拉车线程]  [随机值]
    # 启动 
    Thread(target=PullIn,args=(nloops,)).start()
    #卖车线程   实例
    # [卖车线程]  [再次定义一个随机值]
    # 启动  
    Thread(target=ThrowOut,args=(randrange(nloops,nloops+5),)).start()


#添加到程序退出前 显示营业结束
@register
def exit():
    print("营业结束",ctime())

if __name__=="__main__":
    main()