互斥:对资源的独占成员访问

信号量:对资源的n个成员访问

也就是说，互斥可以用来同步对计数器、文件、数据库等的访问。

信号量可以做同样的事情，但支持固定数量的同时调用者。例如，我可以将我的数据库调用包装在一个信号量(3)中，这样我的多线程应用程序将最多3个同时连接到数据库。所有的尝试都将被阻塞，直到三个插槽中的一个打开。它们让简单的节流变得非常简单。

想象一下，每个人都想上厕所而浴室的钥匙是有限的。如果剩下的钥匙不够多，那个人就需要等待。因此，可以将信号量看作是表示不同进程(上厕所的人)可以请求访问的卫生间(系统资源)可用的一组键。

现在想象一下两个过程同时去洗手间。这不是一个好的情况，信号量被用来防止这种情况。不幸的是，信号量是一种自愿机制，进程(我们的上厕所的人)可以忽略它(即，即使有钥匙，有人仍然可以把门踢开)。

二进制/互斥量和计数信号量之间也有区别。

请登录http://www.cs.columbia.edu/~jae/4118/lect/L05-ipc.html查看课堂讲稿。

我已经创建了可视化，这应该有助于理解这个想法。信号量控制多线程环境中对公共资源的访问。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(7);

Semaphore semaphore = new Semaphore(4);

Runnable longRunningTask = () -> {
    boolean permit = false;
    try {
        permit = semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS);
        if (permit) {
            System.out.println("Semaphore acquired");
            Thread.sleep(5);
        } else {
            System.out.println("Could not acquire semaphore");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        throw new IllegalStateException(e);
    } finally {
        if (permit) {
            semaphore.release();
        }
    }
};

// execute tasks
for (int j = 0; j < 10; j++) {
    executor.submit(longRunningTask);
}
executor.shutdown();

输出

Semaphore acquired
Semaphore acquired
Semaphore acquired
Semaphore acquired
Could not acquire semaphore
Could not acquire semaphore
Could not acquire semaphore

本文中的示例代码

这是一个老问题，但信号量最有趣的用途之一是读/写锁，但没有明确提到。

r/w锁的工作方式很简单:为读取器消耗一个许可证，为写入器消耗所有许可证。 事实上，一个简单的r/w锁实现，但需要在读取时修改元数据(实际上是两次)，这可能会成为瓶颈，但仍然比互斥锁或锁好得多。

另一个缺点是，写入也可以很容易地启动，除非信号量是公平的，或者写入在多个请求中获得许可，在这种情况下，它们之间需要一个显式的互斥。

进一步阅读:

假设一辆出租车可以容纳3人(后面)+2人(前面)，包括司机。因此，一个信号量一次只允许5个人在一辆车里。 互斥只允许一个人坐在汽车的一个座位上。

因此，互斥量是允许对资源的独占访问(如操作系统线程)，而信号量是允许在同一时间访问n个资源。

信号量也可以用作…信号量。 例如，如果有多个进程将数据排队到队列中，而只有一个任务使用队列中的数据。如果您不希望您的消费任务不断地轮询队列以获取可用数据，您可以使用信号量。

在这里，信号量不是用作排除机制，而是用作信号机制。 消费任务正在等待信号量 生产任务正在发送信号量。

这样，当且仅当有数据要退出队列时，消费任务才会运行