C语言的sem_t变量类型

    C语言中，信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。

    它的原型为：　

extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value));

    头文件为： 

#include <semaphore.h>

__sem为指向信号量结构的一个指针；

__pshared不为0时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；

__value给出了信号量的初始值。

    函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不再阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。

    函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。

    函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。

    函数sem_destroy(sem_t *sem)用来释放信号量sem。

（1）信号量用sem_init函数创建的，下面是它的说明：

#include
int sem_init (sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

    这个函数的作用是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项，并指定一个整数类型的初始值。pshared参数控制着信号量的类型。如果 pshared的值是0，就表示它是当前进程的局部信号量；否则，其它进程就能够共享这个信号量。只对不让进程共享的信号量感兴趣。（这个参数受版本影响），　Linux线程一般不支持进程间共享信号量，pshared传递一个非零将会使函数返回ENOSYS错误。

（2）这两个函数控制着信号量的值，它们的定义如下所示：

#include
int sem_wait(sem_t * sem);
int sem_post(sem_t * sem);

    这两个函数都要用一个由sem_init调用初始化的信号量对象的指针做参数。

    sem_post函数的作用是给信号量的值加上一个“1”，它是一个“原子操作"即同时对同一个信号量做加“1”操作的两个线程是不会冲突的；而同时对同一个文件进行读、加和写操作的两个程序就有可能会引起冲突。信号量的值永远会正确地加一个“2”－－因为有两个线程试图改变它。

    sem_wait函数也是一个原子操作，它的作用是从信号量的值减去一个“1”，但它永远会先等待该信号量为一个非零值才开始做减法。也就是说，如果你对一个值为2的信号量调用sem_wait(),线程将会继续执行，信号量的值将减到1。如果对一个值为0的信号量调用sem_wait()，这个函数就会地等待直到有其它线程增加了这个值使它不再是0为止。如果有两个线程都在sem_wait()中等待同一个信号量变成非零值，那么当它被第三个线程增加一个“1”时，等待线程中只有一个能够对信号量做减法并继续执行，另一个还将处于等待状态。

    信号量这种“只用一个函数就能原子化地测试和设置”的能力下正是它的价值所在。还有另外一个信号量函数sem_trywait，它是sem_wait的非阻塞搭档。sem_trywait是一个立即返回函数，不会因为任何事情阻塞。根据其返回值得到不同的信息。如果返回值为0，说明信号量在该函数调用之前大于0，但是调用之后会被该函数自动减1，至于调用之后是否为零则不得而知了。如果返回值为EAGAIN说明信号量计数为0。

（3） 获得信号量sem的值，并保存到valp中。下面的定义：

#include
int sem_getvalue(sem_t *sem, int *valp);

（4） 最后一个信号量函数是sem_destroy。这个函数的作用是在我们用完信号量对它进行清理。下面的定义：​​​​​​​

#include
int sem_destroy (sem_t *sem);

​​​​​​​    这个函数也使用一个信号量指针做参数，归还自己占据的一切资源。在清理信号量的时候如果还有线程在等待它，用户就会收到一个错误。

    然而在linux的线程中，其实是没有任何资源关联到信号量对象需要释放的，因此在linux中，销毁信号量对象的作用仅仅是测试是否有线程因为该信号量在等待。如果函数返回0说明没有，正常注销信号量，如果返回EBUSY，说明还有线程正在等待该信号量的信号。

    与其它的函数一样，这些函数在成功时都返回“0”。

使用步骤：

1.声明信号量sem_t sem1;

2.初始化信号量sem_init(&sem1,0,1);

3.sem_post和sem_wait函数配合使用来达到线程同步

4.释放信号量int sem_destroy (&sem1);

例子：

LeetCode 1114. 按序打印

给你一个类：​​​​​​

public class Foo {
  public void first() { print("first"); }
  public void second() { print("second"); }
  public void third() { print("third"); }
}

三个不同的线程 A、B、C 将会共用一个 Foo 实例。

线程 A 将会调用 first() 方法

线程 B 将会调用 second() 方法

线程 C 将会调用 third() 方法

请设计修改程序，以确保 second() 方法在 first() 方法之后被执行，third() 方法在 second() 方法之后被执行。

提示：

尽管输入中的数字似乎暗示了顺序，但是我们并不保证线程在操作系统中的调度顺序。

你看到的输入格式主要是为了确保测试的全面性。

示例 1：​​​​​​​

输入：nums = [1,2,3]
输出："firstsecondthird"

解释：

有三个线程会被异步启动。输入 [1,2,3] 表示线程 A 将会调用 first() 方法，线程 B 将会调用 second() 方法，线程 C 将会调用 third() 方法。正确的输出是 "firstsecondthird"。

示例 2：​​​​​​​

输入：nums = [1,3,2] 
输出："firstsecondthird"

解释：

输入 [1,3,2] 表示线程 A 将会调用 first() 方法，线程 B 将会调用 third() 方法，线程 C 将会调用 second() 方法。正确的输出是 "firstsecondthird"。

解  答

使用 synchronization

思路：

    题目要求按顺序依次执行三个方法，且每个方法都在单独的线程中运行。为了保证线程的执行顺序，可以在方法之间创建一些依赖关系，即第二个方法必须在第一个方法之后执行，第三个方法必须在第二个方法之后执行。

    方法对之间的依赖关系形成了所有方法的特定的执行顺序。例如 A < B, B < C，则所有方法的执行顺序为 A < B < C。

    依赖关系可以通过并发机制实现。使用一个共享变量 firstJobDone 协调第一个方法与第二个方法的执行顺序，使用另一个共享变量 secondJobDone 协调第二个方法与第三个方法的执行顺序。

算法：

    首先初始化共享变量 firstJobDone 和 secondJobDone，初始值表示所有方法未执行。

    方法 first() 没有依赖关系，可以直接执行。在方法最后更新变量 firstJobDone 表示该方法执行完成。

    方法 second() 中，检查 firstJobDone 的状态。如果未更新则进入等待状态，否则执行方法 second()。在方法末尾，更新变量 secondJobDone 表示方法 second() 执行完成。

    方法 third() 中，检查 secondJobDone 的状态。与方法 second() 类似，执行 third() 之前，需要先等待 secondJobDone 的状态。

 

实现：

    上述算法的实现在很大程度上取决于选择的编程语言。尽管在 Java，C++ 和 Python 中都存在互斥与信号量，但不同语言对并发机制有不同实现。

C++代码：​​​​​​​

#include <semaphore.h> 
class Foo { 
protected: 
    sem_t firstJobDone; 
    sem_t secondJobDone; 
public: 

    Foo() { 
        sem_init(&firstJobDone, 0, 0); 
        sem_init(&secondJobDone, 0, 0); 
    } 

    void first(function<void()> printFirst) { 
        // printFirst() outputs "first". 
        printFirst(); 
        sem_post(&firstJobDone); 
    } 

    void second(function<void()> printSecond) { 
        sem_wait(&firstJobDone); 
        // printSecond() outputs "second". 
        printSecond(); 
        sem_post(&secondJobDone); 

    } 

    void third(function<void()> printThird) { 
        sem_wait(&secondJobDone); 
        // printThird() outputs "third". 
        printThird(); 
    }
};