12第七周-网络编程 - 线程中的信号量(Semaphore)

Posted 2020-10-30 chen170615

　　

　　互斥锁同时只允许一个线程更改数据，而Semaphore是同时允许一定数量的线程更改数据。简单介绍如下：

　　信号量用在多线程多任务同步的，一个线程完成了某一个动作就通过信号量告诉别的线程，别的线程再进行某些动作。而互斥锁是用在多线程多任务互斥的，一个线程占用了某一个资源，那么别的线程就无法访问，直到这个线程unlock，其他的线程才开始可以利用这 个资源。比如对全局变量的访问，有时要加锁，操作完了，在解锁。有的时候锁和信号量会同时使用的。
　　也就是说，信号量不一定是锁定某一个资源，而是流程上的概念，比如：有A,B两个线程，B线程要等A线程完成某一任务以后再进行自己下面的步骤，这个任务 并不一定是锁定某一资源，还可以是进行一些计算或者数据处理之类。而线程互斥锁则是“锁住某一资源”的概念，在锁定期间内，其他线程无法对被保护的数据进 行操作。在有些情况下两者可以互换。

信号量(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。

• 创建 Create
• 等待 Wait：：线程等待信号量，如果值大于0，则获得，值减一；如果只等于0，则一直线程进入睡眠状态，知道信号量值大于0或者超时。
• 释放 Post：执行释放信号量，则值加一；如果此时有正在等待的线程，则唤醒该线程。
• 试图等待 TryWait：如果调用TryWait，线程并不真正的去获得信号量，还是检查信号量是否能够被获得，如果信号量值大于0，则TryWait返回成功；否则返回失败。
• 销毁 Destroy

　  Mutex本质上说就是一把锁，提供对资源的独占访问，所以Mutex主要的作用是用于互斥。Mutex对象的值，只有0和1两个值。这两个值也分别代表了Mutex的两种状态。值为0, 表示锁定状态，当前对象被锁定，用户进程/线程如果试图Lock临界资源，则进入排队等待；值为1，表示空闲状态，当前对象为空闲，用户进程/线程可以Lock临界资源，之后Mutex值减1变为0。

Mutex可以被抽象为四个操作：

• 创建 Create
• 加锁 Lock
• 解锁 Unlock
• 销毁 Destroy

互斥锁和信号量的区别：

• 互斥量用于线程的互斥，信号量用于线程的同步。这是互斥量和信号量的根本区别，也就是互斥和同步之间的区别。 

1. 互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
2. 信号：是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源

• 互斥量值只能为0/1，信号量值可以为非负整数。

1. 也就是说，一个互斥量只能用于一个资源的互斥访问，它不能实现多个资源的多线程互斥问题。信号量可以实现多个同类资源的多线程互斥和同步。当信号量为单值信号量是，也可以完成一个资源的互斥访问。

• 互斥量的加锁和解锁必须由同一线程分别对应使用，信号量可以由一个线程释放，另一个线程得到。

举例：有三个公共电话亭，同时可以三个人打电话。这时候有人过来要打电话，就出现了等待。要等会里面的人出来后（里面的人出来这一动作，就相当于信号，告诉外面的人，到你打电话了），外面的人才能进去，进行下一步操作。

import threading,time

def run(n):
    semaphore.acquire()
    time.sleep(1)
    print ("run the  thread:%s\n " % n)
    semaphore.release()

if __name__ == "__main__":
    semaphore = threading.BoundedSemaphore(4) #最多允许4个线程同时运行
    for i in range(10):
        t = threading.Thread(target=run,args=(i,))
        t.start()
while threading.active_count() != 1:
    pass
else:
    print("--all thread done--")
输出：
run the  thread:0
run the  thread:1
run the  thread:2
run the  thread:3
 
run the  thread:4
run the  thread:7
run the  thread:5
run the  thread:6
 
run the  thread:9
run the  thread:8
 
--all thread done--
Process finished with exit code 0

备注：每次执行4个线程，等前面执行完成后，在进行下一个。最后剩下两个，会一起执行。整个执行过程中是无序的。