同步机制之“信号量和条件变量”的应用总结

1. 信号量与条件变量的区别

应用场景： 信号量即可用于进程间同步，也可用于线程间同步； 条件变量只能用于线程间。

用法上： 条件变量需要和互斥锁配合使用，而信号量之间使用就可以，所以信号量更像是条件变量和互斥锁的组合，所以必然的条件变量的使用会比信号量的使用更加灵活。毕竟，后出现的技术比之前的必然要有先进性（能解决特定的需求），才有其存在的意义。

底层实现上：信号量内部以计数方式来判定是否阻塞（有累计数量的功能），计数单次加减1即每次只能唤醒一个进程或线程。而条件变量以“自定义条件”来判定是否阻塞（优点来了），那么它就可以唤醒一个线程或所有线程（notify_all类似广播）。

信号量具体使用：

1、C语言信号量接口参见 #include

（1） 信号量的创建接口，int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value);

调用成功时返回0，失败返回-1.

参数一： 信号对象指针

参数二： 设置它的进程间共享选项，0为不共享，其余则共享；

参数三：设置信号量初始值，一般填0，即开始默认阻塞（当信号量值小于、等于0则阻塞）。

（2） 信号量的等待接口，int sem_wait(sem_t *sem);  

如果信号量的值大于0，将信号量的值减1，立即返回。如果信号量的值为0或小于0，则线程阻塞。  调用成功时返回0，失败返回-1.

（3）信号量值加1接口，int sem_post(sem_t *sem);  

释放信号量，让信号量的值加1。 调用成功时返回0，失败返回-1.

（4）信号量的清理接口（相对sem_init而言），int sem_destroy(sem_t *sem);

成功时返回0，失败时返回-1.

示例：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
#include 
 
  sem_t g_sem;///
 
  void func1(void* arg)
  {
      sem_wait(&sem); /线程1初始阻塞
      int *running=arg;
      printf("thread running1\n");
      printf("%d\n",*running);
  }
 
  void func2(void* arg)
  {
      printf("pthread2 running\n");
      sem_post(&sem); //线程2增加信号量，致使线程1阻塞被唤醒以执行后续代码
  }
 
  int main()
  {
      sem_init(&g_sem,0,0);信号量初始化为本进程内多线程使用，初始阻塞
      pthread_t thread[2];
      int  a = 1;
      pthread_create(&(thread[0]),NULL,(void*)func1,(void*)&a);
      sleep(3);
      pthread_create(&(thread[1]),NULL,(void*)func2,(void*)&a);
      pthread_join(thread[0],NULL);
      pthread_join(thread[1],NULL);
      sem_destroy(&sem); //信号量销毁
 
      return 0;
  }

2、C++  --std=c++20 信号量 counting_semaphore ，参见 #include

#include 
#include 
#include 
#include 
 
using namespace std;
 
std::counting_semaphore streams_sem{0};
 
void custom_thread(){
  while (1){
    streams_sem.acquire();
    std::cout << "shopping!\n";
    usleep(50000);
  }
}
 
class Prod{
public:
    Prod(int nCnt){  m_needProCnt = nCnt; }
    void product() {
        int num = 0;
        while(num
           cout<<" product production"<
           streams_sem.release();
           ++num;
        }
 
    }
    void inner_custom(){
       while(1) {
        if ( !streams_sem.try_acquire() )
        {
          cout<<"want? no way"<
          break;
        }
        std::cout << "want inner shopping!\n";
        usleep(100000);
       }
    }
private:
    int m_needProCnt;
};
 
int main(int argc, char const* argv[]){
  std::thread t1(custom_thread);
  t1.detach();
  Prod prod(20);
  std::thread t2(&Prod::product, &prod);
  std::thread t3(&Prod::inner_custom, &prod);
  t2.join();
  t3.join();
 
  return 0;
}

条件变量具体使用：

template <typename T>
class BlockQue {
public:
	BlockQue():m_end(false){}
	~BlockQue(){
		endBlockQue();
	}
    void addTask(T data){
		m_tasks.push(data);
		m_task_cv.notify_all();
	}
	void clearTask(bool del){
		//CAutoLock lock(m_mutexClr);
		while(!m_tasks.empty()){
			T data = std::move(m_tasks.front());
			m_tasks.pop();
			if(del){
				delete data;
			}
		}
	} 
	bool isEmpty(){
		return m_tasks.empty();
	}
	int size(){
		return m_tasks.size();
	}
    int getTask(T& data){
		//CAutoLock lock(m_mutexClr);
		std::unique_lock lock{ m_lock };
		m_task_cv.wait(lock, [this]{
			return m_end.load() || !m_tasks.empty();//true则不阻塞
		});
		if (m_tasks.empty()){
			return -1;
		}
		data = std::move(m_tasks.front());
		m_tasks.pop();
		return 0;
	}
 
	void initBlockQue() {
		m_end.store(false);
	}
	void endBlockQue(){
		if (!m_end.load()){
			m_end.store(true);
			m_task_cv.notify_all();
		}
	}
private:
	std::atomic<bool> 		m_end;
    std::condition_variable m_task_cv;
	std::queue 	m_tasks;
	std::mutex 		m_lock;
	//CMutexEx 		m_mutexClr;
};