信号标

在多线程环境下使用的设施

信号标(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。

概念

Semaphore分为单值和多值两种，前者只能被一个线程获得，后者可以被若干个线程获得。

以一个停车场是运作为例。为了简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆不受阻碍的进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入一辆，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。

在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，看门人起的就是信号量的作用。

更进一步，信号量的特性如下：信号量是一个非负整数（车位数），所有通过它的线程（车辆）都会将该整数减一（通过它当然是为了使用资源），当该整数值为零时，所有试图通过它的线程都将处于等待状态。在信号量上我们定义两种操作： Wait（等待）和 Release（释放）。当一个线程调用Wait（等待）操作时，它要么通过然后将信号量减一，要么一直等下去，直到信号量大于一或超时。Release（释放）实际上是在信号量上执行加操作，对应于车辆离开停车场，该操作之所以叫做“释放”是因为加操作实际上是释放了由信号量守护的资源。

在java中，还可以设置该信号量是否采用公平模式，如果以公平方式执行，则线程将会按到达的顺序（FIFO）执行，如果是非公平，则可以后请求的有可能排在队列的头部。

JDK中定义如下：

Semaphore(int permits, boolean fair)　创建具有给定的许可数和给定的公平设置的Semaphore。

信号标

信号量（英语：Semaphore）又称为信号量、旗语，是一个同步对象，用于保持在0至指定最大值之间的一个计数值。当线程完成一次对该semaphore对象的等待（wait）时，该计数值减一；当线程完成一次对semaphore对象的释放（release）时，计数值加一。当计数值为0，则线程等待该semaphore对象不再能成功直至该semaphore对象变成signaled状态。semaphore对象的计数值大于0，为signaled状态；计数值等于0，为nonsignaled状态.

semaphore对象适用于控制一个仅支持有限个用户的共享资源，是一种不需要使用忙碌等待（busy waiting）的方法。

信号量的概念是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·戴克斯特拉（Edsger W. Dijkstra）发明的，广泛的应用于不同的操作系统中。在系统中，给予每一个进程一个信号量，代表每个进程目前的状态，未得到控制权的进程会在特定地方被强迫停下来，等待可以继续进行的信号到来。如果信号量是一个任意的整数，通常被称为计数信号量（Counting semaphore），或一般信号量（general semaphore）；如果信号量只有二进制的0或1，称为二进制信号量（binary semaphore）。在linux系统中，二进制信号量（binary semaphore）又称互斥锁（Mutex）。

语法

计数信号量具备两种操作动作，之前称为 V（又称signal()）与 P（wait()）。 V操作会增加信号量 S的数值，P操作会减少它。

运作方式：

WindowsAPI提供的semap

线程使用CreateSemaphore或CreateSemaphoreEx函数创建一个semaphore对象。此时可以指定semaphore的当前计数值与计数值上限；也可指定semaphore对象的名字。其他进程中的线程可以指出已存在的semaphore对象的名字通过调用OpenSemaphore函数打开它。

如果多个线程在等待一个semaphore对象，不保证按照先进先出(FIFO)顺序调度这些等待线程。外部事件，如内核模式的异步过程调用可改变等待顺序。

在semaphore对象为signaled状态时，等待函数返回会把该semaphore对象计数值减1。函数ReleaseSemaphore把semaphore对象的计数值增加指定的值。任何线程，哪怕它没有等待完成过该semaphore对象，也可以使用ReleaseSemaphore来增加semaphore对象的计数。如果ReleaseSemaphore导致对象计数值超过上限，则该函数调用失败，返回298号错误：“Too many posts were made to a semaphore”。

一个线程多次等待同一个semaphore对象，每次等待操作完成都会降低semaphore对象计数值（直至计数值为0时该线程阻塞）。然而，通过multiple-object等待函数使用一个数组包含着同一个semaphore对象的多个句柄，不能实现对这个semaphore对象计数值的多次下降。

用完semaphore对象后，调用CloseHandle函数关闭它。semaphore对象的最后一个句柄被关闭后，操作系统会摧毁它。关闭semaphore并不影响它的计数值。因此，关闭semaphore前或者进程终止前，要确保已经正确调用过ReleaseSemaphore。否则，挂起等待该semaphore对象的线程会永久阻塞或超时返回。

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