信号量demo

条件变量（Condition Variable）和信号量（Semaphore）是两种不同的同步原语，尽管它们都用于线程间协调，但设计目标、使用方式和适用场景有本质区别。以下是关键对比：

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核心区别总结

特性	条件变量 (Condition Variable)	信号量 (Semaphore)
本质	无状态，依赖外部条件判断	有状态（整数计数器）
操作对象	必须绑定一个互斥锁（Mutex）使用	独立操作
唤醒机制	需手动通知（notify）	自动释放（post 增加计数）
等待行为	wait() 会释放锁并阻塞	wait()（或 P()）阻塞
典型用途	等待特定条件成立（如“队列非空”）	控制资源访问数量（如限流）

关于条件变量的使用，参看往期文章：https://www.madbull.site/?p=672，在 pthread_pool 项目中，主要是使用 条件变量 实现任务的处理，可以从这篇文章下载源码查看。

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今天记录一下信号量的使用方法，代码如下：

// gcc sem.c -lpthread -o sem
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>

#define BUFFER_SIZE 5  // 缓冲区大小
#define NUM_ITEMS 10   // 每个生产者生产的项目数量

// 共享缓冲区
int buffer[BUFFER_SIZE];
int in = 0;  // 生产者插入位置
int out = 0; // 消费者取出位置

// 信号量
sem_t empty;   // 空槽位信号量
sem_t full;    // 满槽位信号量
sem_t mutex;   // 互斥信号量（保护缓冲区）

// 生产者线程函数
void* producer(void* arg) {
    int producer_id = *((int*)arg);
    
    for (int i = 0; i < NUM_ITEMS; i++) {
        // 生产一个项目（模拟耗时）
        int item = rand() % 100;
        
        sem_wait(&empty);  // 等待空槽位（P操作）
        sem_wait(&mutex);  // 进入临界区（保护缓冲区）
        
        // 将项目放入缓冲区
        buffer[in] = item;
        printf("生产者 %d 生产: %d (位置: %d)\n", producer_id, item, in);
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        
        sem_post(&mutex);  // 离开临界区
        sem_post(&full);   // 增加满槽位（V操作）
        
        usleep(rand() % 100000); // 随机睡眠
    }
    
    return NULL;
}

// 消费者线程函数
void* consumer(void* arg) {
    int consumer_id = *((int*)arg);
    
    for (int i = 0; i < NUM_ITEMS; i++) {
        sem_wait(&full);   // 等待满槽位（P操作）
        sem_wait(&mutex);  // 进入临界区（保护缓冲区）
        
        // 从缓冲区取出项目
        int item = buffer[out];
        printf("消费者 %d 消费: %d (位置: %d)\n", consumer_id, item, out);
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        
        sem_post(&mutex);  // 离开临界区
        sem_post(&empty);  // 增加空槽位（V操作）
        
        // 消费项目（模拟耗时）
        usleep(rand() % 150000); // 随机睡眠
    }
    
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t prod_thread1, prod_thread2;
    pthread_t cons_thread1, cons_thread2;
    
    int prod_id1 = 1, prod_id2 = 2;
    int cons_id1 = 1, cons_id2 = 2;
    
    // 初始化信号量
    sem_init(&empty, 0, BUFFER_SIZE); // 初始空槽位数 = 缓冲区大小
    sem_init(&full, 0, 0);           // 初始满槽位数 = 0
    sem_init(&mutex, 0, 1);           // 互斥信号量初始为1（二进制信号量）
    
    // 创建生产者线程
    pthread_create(&prod_thread1, NULL, producer, &prod_id1);
    pthread_create(&prod_thread2, NULL, producer, &prod_id2);
    
    // 创建消费者线程
    pthread_create(&cons_thread1, NULL, consumer, &cons_id1);
    pthread_create(&cons_thread2, NULL, consumer, &cons_id2);
    
    // 等待线程结束
    pthread_join(prod_thread1, NULL);
    pthread_join(prod_thread2, NULL);
    pthread_join(cons_thread1, NULL);
    pthread_join(cons_thread2, NULL);
    
    // 销毁信号量
    sem_destroy(&empty);
    sem_destroy(&full);
    sem_destroy(&mutex);
    
    printf("所有生产和消费完成!\n");
    return 0;
}

编译测试：