线程间的同步与互斥

线程间的同步（实指线程间的通信）：一般来说，一个线程相对于另一个线程的运行速度是不确定的，也就是说线程是在异步环境下运行的，每个线程都会以不可预知的速度向前推进。但是相互合作的线程需要在某些确定点上协调工作，当一个线程到达了这些点后，除非另一进程已经完成了某些操作，否则就不得不停下来等待别的线程来完成这些操作，这就是线程间的同步。

线程间的互斥（实指对同享资源约束访问）：在多线程环境中，各线程可以共享各类资源，但有些资源一次只能允许一个线程使用，这种资源称“临界资源”，如打印机、公共变量。

 

临界区：对临界资源实施操作的一段程序。

 

线程间的同步与互斥是通过操作系统的信号量与PV操作原语来实现的。

 

信号量S的物理意义是S>=0表示某资源的可用数，S<0其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。

 

P操作定义：S:=S-1，若S>=0，则执行P操作的线程继续操作；否则若S<0，则置该线程为阻塞状态（因为无可用资源），并将其插入到阻塞队列中。

P操作（相当于wait()）可用如下过程表示：

Procedure P(Var S:Semaphore);

Begin

       S:=S-1;//先申请资源，再判断

       If S<0 then W(S)//如果没有可用资源，则该线程阻塞

End;

 

V操作定义：S:=S+1，若S>0，则执行V操作的线程继续执行；否则S=<0，则从阻塞状态唤醒一个线程，并将其插入到就绪队列，然后执行V操作的线程继续。

V操作（相当于notify()）可用如下过程表示：

Procedure V(Var S:Semaphore);

Begin

       S:=S+1;//释放资源后，再判断

       If S<0 then W(S)//释放资源，如果S<0则表明阻塞队列有阻塞线程，则唤醒

End;

 

PV操作实现进程的同步与互斥：

单缓冲消费者与生产者问题

初始化信号量：S1=1，表示缓冲可以使用空间数，S2=0，表示缓冲已使用的个数。

P1（生产线程）：生产一个产品              P2（消费线程）：P(S2)

                             P(S1)                                                         从缓冲区取一个产品

                             产品送缓冲区                                            V(S1)

                             V(S2)                                                         消费

 

多缓冲消费者与生产者问题

初始化信号量：S1=3(假如有三个缓冲)，表示缓冲可以使用空间数，S2=0，表示缓冲已使用的个数。因为是多缓冲，所以还需要第三个信号量S=1用来对多缓冲进行互斥访问，单缓冲不需要这个信息量，因为如果是单缓冲，则生产线程与消费线程只能交替着来执行，而多缓冲的情况下，则生产与消费者线程同时执行，但缓冲是一个临界资源，需互斥访问，即同只允许一个线程使用它，好比多个线程使用一个 HashMap 一样。

P1（生产线程）：生产一个产品              P2（消费线程）：P(S2)

                             P(S1)                                                        P(S)

                             P(S)                                                          从缓冲区取一个产品

  产品送缓冲区                                           V(S)

                             V(S)                                                          V(S1)

   V(S2)                                                        消费