轻松理解多线程同步基础概念
16 Jan 2016
Semaphore（信号量）
Semaphore是多线程编程时一个很重要的概念，概念本身并不复杂，但要做到正确使用却不容易。这里我们从面向对象的角度来理解这个概念。现实生活中的任何对象或实体，我们都可以用class来描述它。Semaphore也不例外，如果用class定义应该是这样：
Semaphore对象里包含一个count值和一个队列对象，另外有两个对外public的方法，wait()和signal()，需要特别注意的事，count值代表的资源数量是不能为负的。为了理解这些属性和方法，我们可以类比一个现实生活中的例子。大家去餐厅吃饭，假设这个餐厅有10个座位，有20个吃货随机出发去这个餐厅吃饭，那么对应关系是这样的：
- count = 10，10个座位。
- queue，餐厅位置有限，为了避免混乱，餐厅肯定会吃货们排队。
- wait()，吃货到了餐厅找服务员要位置点餐，这个行为就是wait。
- signal()，吃货吃完了买单离开位置，这个行为就是signal。
这其实是一个信号量应用的典型场景，这里关键在于正确理解wait和signal发生时都有哪些细节步骤。用代码来描述大概是这样：
wait
具体到餐厅到例子，20个人随机出发去餐厅吃饭，有10个人先到，然后挨个执行wait。前10个人执行wait的时候是有位置的，所以count>0，这10个人每人都消耗掉一个座位开始吃饭。到第11个人到了都时候，count＝＝0，没有位置了，所以被suspend，开始加入排队都队列等待。后续所有人都慢慢的到来，但和第11个人一样，都只能排队。
signal
过了一段时间之后，有个人吃好结账离开了餐厅。这时候如果没有人在排队，位置数量count ＋＋，没有其它事情发生。但如果有人在排队，比如上面的情况，有10个人在等待位置，餐厅会把排在第一个的人安排到刚才空出来的位置，count值没有变化，但队列的人少了一个。
特别注意
对于wait和signal还有两点需要特别注意。也是平时我们使用semaphore时比较容易产生bug的地方。
- wait和signal都是原子操作。可以简单理解为上面代码里wait(),signal()两个函数都是加锁的。这个特性其实让semaphore的行为变得更简单清晰。大家想象，如果到餐厅的10个人是同时到达的，但不是依次询问餐厅是否有位置，而是10张嘴同时说话，同时找餐厅要位置，显然情况会变得复杂不好处理。
- wait或者signal调用的顺序是不确定的。上面的例子中每个人都是随机时间出发，到达餐厅的顺序也是随机的，并不一定先出发的就先到。同理每个人吃饭的时间长短也不一定，有人快有人慢，所以吃好离开餐厅的时间点也是随机的。这里每个人都代表一个线程，因为操作系统线程调度策略导致到底哪个线程先执行也是不确定的。
正文到此结束
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