信号量在线程同步中的实际应用

你有没有遇到过这样的情况：家里几个人同时抢一台打印机，结果文件乱成一团？程序里的多个线程也一样，如果不加控制地访问共享资源，轻则数据出错，重则程序崩溃。这时候就得靠线程同步机制来协调，而信号量（Semaphore）就是其中一种实用的工具。

信号量是个啥？

你可以把信号量想象成公共厕所门口的钥匙牌。假设有3个隔间，门口就挂着3把钥匙。谁想上厕所，得先拿到钥匙才能进去。等出来时再把钥匙还回去。如果钥匙都被拿光了，后面的人就只能等着。信号量干的就是这个事——控制同时访问某个资源的线程数量。

它有两个核心操作：P操作（wait）和V操作（signal）。P操作是申请资源，信号量减1；V操作是释放资源，信号量加1。当信号量为0时，再有线程申请就会被阻塞，直到有其他线程释放资源。

代码里怎么用？

比如我们写个简单的例子，模拟5个线程争抢3个数据库连接：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <unistd.h>

sem_t db_sem;

void* access_db(void* arg) {
    int thread_id = *(int*)arg;
    printf("线程 %d 尝试获取数据库连接...\n", thread_id);
    sem_wait(&db_sem);  // P操作
    printf("线程 %d 成功连接，正在操作...\n", thread_id);
    sleep(2);  // 模拟操作时间
    printf("线程 %d 断开连接\n", thread_id);
    sem_post(&db_sem);   // V操作
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[5];
    int ids[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    sem_init(&db_sem, 0, 3);  // 初始化信号量为3

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, access_db, &ids[i]);
    }

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }

    sem_destroy(&db_sem);
    return 0;
}

运行后你会发现，前3个线程几乎同时进入，后两个会等一会儿才开始。这就是信号量在起作用——限制并发数，避免资源过载。

和互斥锁有啥不一样？

互斥锁就像一把钥匙只允许一个人进门，信号量则可以设置多把钥匙。也就是说，互斥锁本质是二值信号量（0或1），而普通信号量可以是任意正整数。当你需要控制“多少人能进”而不是“只能一人进”时，信号量更合适。

比如线程池、连接池这类场景，信号量用起来特别顺手。它不光能防冲突，还能做资源配额管理，比单纯的锁更灵活。