一、為何需要信號(hào)量

信號(hào)量用來干嘛的呢？搜尋答案的話，很多人都會(huì)告訴你主要用于線程同步的，意思就是線程通信的。簡單來說，比如我運(yùn)行了2個(gè)線程A和B，但是我希望B線程在A線程之前執(zhí)行，那么我們就可以用信號(hào)量來處理。有些人可能會(huì)疑惑，那么麻煩干嘛？你不是要B線程先執(zhí)行嗎？那么我讓A線程休眠一點(diǎn)時(shí)間不就可以了嗎？沒錯(cuò)，這個(gè)思路是可以的，但是如果B線程也因?yàn)槟承┰?比如硬件，操作系統(tǒng)的原因)導(dǎo)致延緩執(zhí)行了，這該怎么辦？到底A線程該休眠多少時(shí)間合適呢？所以正確的做法就是在B線程阻塞，A線程去喚醒這個(gè)阻塞線程。

看到這兒，看過我前面文章的朋友可能一眼就看出來了這個(gè)不就是前面講的生產(chǎn)消費(fèi)者模型提到的用法嗎？

沒錯(cuò)，信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)也是靠條件變量和互斥鎖。

所以雖然C++中并沒有在語言級(jí)別上支持信號(hào)量，但同樣的我們可以利用以上兩個(gè)來自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)。

這里我也不得不提一句，條件變量和互斥鎖組合使用真的非常強(qiáng)大，生產(chǎn)消費(fèi)者模型中用到了，線程池中用到了，現(xiàn)在說的信號(hào)量也用到了，所以大家一定要好好掌握條件變量和互斥鎖的使用，它們倆是你在多線程世界中縱橫捭闔的利劍。

二、信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)

那么我們?nèi)绾斡肅++來實(shí)現(xiàn)一個(gè)信號(hào)量呢？

#ifndef _SEMAPHORE_H
#define _SEMAPHORE_H
#include <mutex>
#include <condition_variable>
using namespace std;
 
class Semaphore
{
public:
    Semaphore(long count = 0) : count(count) {}
    //V操作，喚醒
    void signal()
    {
        unique_lock<mutex> unique(mt);
        ++count;
        if (count <= 0)
            cond.notify_one();
    }
    //P操作，阻塞
    void wait()
    {
        unique_lock<mutex> unique(mt);
        --count;
        if (count < 0)
            cond.wait(unique);
    }
    
private:
    mutex mt;
    condition_variable cond;
    long count;
};
#endif

信號(hào)量里面用到了一個(gè)叫PV操作的東西，P操作時(shí)阻塞，一般用wait()函數(shù)，V操作是喚醒，一般用singal()函數(shù)，至于不叫WS操作，反而為什么叫PV操作呢？網(wǎng)上說是因?yàn)樘岢鲞@一系統(tǒng)方法的人狄克斯特拉用荷蘭文定義的，因?yàn)樵诤商m文中，通過叫passeren，釋放叫vrijgeven，PV操作因此得名。對(duì)我們來說，這些也沒有太大的意義，記住這些定義就好了，畢竟定義這種東西，是不以我們的意志為轉(zhuǎn)移的。

寫好了信號(hào)量的接口，那我們?nèi)绾问褂眠@個(gè)信號(hào)量呢？這個(gè)就需要我們?cè)谕獠繉懸粋€(gè)多線程的調(diào)用函數(shù)來調(diào)用。

#include "semaphore.h"
#include <thread>
#include <iostream>
using namespace std;
 
Semaphore sem(0);
 
void funA()
{
    sem.wait();
    //do something
    cout << "funA" << endl;
}
 
void funB()
{
    this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));
    //do something
    cout << "funB" << endl;
    sem.signal();
}
 
int main()
{
    thread t1(funA);
    thread t2(funB);
    t1.join();
    t2.join();
}

三、信號(hào)量解析

這里我們想讓funB線程運(yùn)行，然后再運(yùn)行funA，多線程是通過時(shí)間片輪詢來執(zhí)行的。

假設(shè)先開始跑funA，執(zhí)行到sem.wait()的時(shí)候，進(jìn)入wait函數(shù)可知，count減1，小于0，會(huì)發(fā)生阻塞，等待其他線程喚醒。

然后就會(huì)切換到funB，這里即使休眠了1秒也不會(huì)切換到funA，因?yàn)槟沁呑枞?，沒有其他線程喚醒的話就會(huì)一直阻塞。funB休眠完之后，就會(huì)打印出結(jié)果，然后執(zhí)行sem.signal()，進(jìn)入signal函數(shù)可知，count加1，小于等于0，會(huì)喚醒其他阻塞的線程。

然后再切到funA，執(zhí)行后面的操作，打印出結(jié)果。

所以這個(gè)就一定能保證funB先執(zhí)行，funA后執(zhí)行。當(dāng)然前提是初始化信號(hào)量對(duì)象的時(shí)候，要初始化為0。

Semaphore sem(0);

信號(hào)量用在多線程多任務(wù)同步的，一個(gè)線程完成了某一個(gè)動(dòng)作就通過信號(hào)量告訴別的線程，別的線程再進(jìn)行某些動(dòng)作。像這里funB完成任務(wù)之后就通過信號(hào)量的PV操作告訴funA線程可以開始任務(wù)了。

最后需要注意的是，信號(hào)量不僅可以用于進(jìn)程也可用于線程，它比條件變量要復(fù)雜很多，條件變量僅限于線程內(nèi)使用，至于進(jìn)程間如何使用信號(hào)量通信，后期我們?cè)谟懻摗?/p>