Linux | Linux使用互斥锁及条件变量替代信号量

========》Linux | Linux中的线程、互斥量、信号量的基本使用《========

一、简述

信号量是一个计数器，用于限制并发访问共享资源的线程数；

• 当计数器严格大于0时，对Wait()的调用立即返回并递减计数器；
• 为0时，对Wait的任何后续调用都会阻塞，并且仅在信号量计数器再次变为严格正数时返回，调用Post()会增加计数器；
• sem(1)即二元信号量相当于mutex，区别在于，mutex只能由获取锁的线程释放，而信号量属于线程中通信的机制，wait和post可以在不同线程见调用故容易出现问题；

【应用场景】

• 通常，信号量可用于限制对共享资源的访问，该共享资源只能由某些固定数量的客户端同时访问；
  • 例如，在对酒店预订系统建模时，可以创建计数器等于可用房间总数的信号量。每次预留房间时，应通过调用Wait()获取信号量，每次释放房间时应通过调用Post释放信号量；

C++11 和 Boost.Thread 都没有提供信号量：
	信号量因太容易出错而被删除。通过互斥体和条件变量的组合可以更安全地实现相同的效果；Dijkstra（信号量的发明者）、
	Hoare 和 Brinch Hansen 都贬低了信号量并提倡更结构化的替代方案。在 1969 年给 Brinch Hansen 的一封信中，Wirth 说“信号
	量……不适合高级语言。” [Andrews-83] 将典型错误总结为“省略P或V ，或在一个信号量上不小心将P和V编码在另一个信号量
	上”，忘记在临界区中包含对共享对象的所有引用，以及由于使用“条件同步和互斥”的相同原语；

【p】故以下我们将使用条件变量和互斥量来替代信号量

/** 封装条件变量 */
class Cond {
public:
    Cond();
    void wait(pthread_mutex_t mutex);
    void signal();

    ~Cond();

private:
    pthread_cond_t m_cond;
};

/** 信号量封装使用条件变量和锁 */
class OwnSemaphore : Noncopyable {
public:
    typedef Mutex MutexType;
    OwnSemaphore(size_t count=0);
    ~OwnSemaphore();

    void wait();
    void notify();

    size_t getCount() const { return m_count; }
    void reset() { m_count = 0;}

private:
    size_t m_count;
    MutexType m_mutex;
    Cond m_cond;
};


OwnSemaphore::OwnSemaphore(size_t count)
    :m_count(count){
}

OwnSemaphore::~OwnSemaphore() {
}

void OwnSemaphore::wait() {
    MutexType::Lock lock(m_mutex);
    while (m_count == 0) {
        m_cond.wait(m_mutex.getMutex());
    }
    --m_count;
}

void OwnSemaphore::notify() {
    m_count++;
    m_cond.signal();
}

二、测试

每个工作线程先等待信号量，然后输出线程 ID 和当前时间，输出操作以互斥锁同步以防止错位，睡眠一秒是为了模拟线程处理数
据的耗时。

sylar::OwnSemaphore g_sem(3);

void Worker() {
    g_sem.wait();

    std::thread::id thread_id = std::this_thread::get_id();

    /* 获取时间 */
    struct tm tm;
    time_t t = time(0);
    localtime_r(&t, &tm);
    char buf[64];
    strftime(buf, sizeof(buf), "%H:%M:%S", &tm);
    {
        sylar::Mutex::Lock lock(sylar::Mutex);
        std::cout << "Thread " << thread_id << ": wait succeeded" << " (" << buf << ")" << std::endl;
    }
    // Sleep 1 second to simulate data processing.
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));

    g_sem.notify();
}


int main() {
    const std::size_t SIZE = 3;

    std::vector<std::thread> v;
    v.reserve(SIZE);

    for (std::size_t i = 0; i < SIZE; ++i) {
        v.emplace_back(&Worker);
    }

    for (std::thread& t : v) {
        t.join();
    }

    return 0;
}

测试结果

参考文章
https://segmentfault.com/a/1190000006818772