83 基于信号量的线程同步

83.1 资源计数

信号量是一种在较多线程瓜分较少资源时使用的停——等机制。一个信号量可以理解为表示某种资源份数的计数器。一个线程在获取一定份数的资源之前，会先尝试对信号量执行相应数值的减法操作。够减说明资源充足，线程可以获得并使用这些资源；不够减说明资源匮乏，线程应放弃对资源的获取，并进入等待状态。得到资源的线程，一旦完成对资源的使用，必须释放所持有的资源，即对信号量执行相应数值的加法操作。这时那些正在等待资源的线程将获得通知，并在对信号量执行减法成功后，拥有并使用相应份数的资源。

83.2 QSemaphore

在Qt中，通过QSemaphore类表示信号量。该类提供如下方法：

xxxxxxxxxx
5
1
void QSemaphore::acquire(int n = 1);             // 申请n份资源，阻塞版
2
bool QSemaphore::tryAcquire(int n = 1);          // 申请n份资源，非阻塞版
3
bool QSemaphore::tryAcquire(int n, int timeout); // 申请n份资源，超时版
4
void QSemaphore::release(int n = 1);             // 释放n份资源
5
int  QSemaphore::available() const;              // 获取资源的可用份数

83.3 案例

83.3.1 创建项目

通过QtCreator，在C:\Users\Minwei\Projects\Qt路径下，创建名为Semaphore的控制台（Console）项目。

83.3.2 实现功能

C:\Users\Minwei\Projects\Qt\Semaphore\main.cpp：

​x
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#include <iostream>
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using namespace std;
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4
#include <QCoreApplication>
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#include <QThread>
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#include <QMutex>
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#include <QSemaphore>
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#include <QRandomGenerator>
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#define SEAT_COUNT 3
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#define PASSENGER_COUNT 9
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QMutex g_mutex;
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QSemaphore g_seats(SEAT_COUNT);
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class Passenger: public QThread
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{
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public:
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    Passenger(QString name)
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        : m_name(name)
21
        , m_rand(time(NULL))
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    {
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    }
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protected:
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    void run()
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    {
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        g_mutex.lock();
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        cout << m_name.toStdString() << "> STANDING" << endl;
30
        g_mutex.unlock();
31

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        g_seats.acquire();
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34
        g_mutex.lock();
35
        cout << m_name.toStdString() << "> SIT DOWN" << endl;
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        g_mutex.unlock();
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        msleep(m_rand.bounded(1, 101));
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40
        g_mutex.lock();
41
        cout << m_name.toStdString() << "> GET OFF" << endl;
42
        g_mutex.unlock();
43

44
        g_seats.release();
45
    }
46

47
private:
48
    QString m_name;
49
    QRandomGenerator m_rand;
50
};
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int main(int argc, char *argv[])
53
{
54
    QCoreApplication a(argc, argv);
55

56
    cout << g_seats.available() << endl;
57

58
    Passenger* passengers[PASSENGER_COUNT];
59

60
    for (int i = 0; i < PASSENGER_COUNT; ++i)
61
    {
62
        passengers[i] = new Passenger(QString("PASSENGER-%1").arg(i + 1));
63
        passengers[i]->start();
64
    }
65

66
    for (int i = 0; i < PASSENGER_COUNT; ++i)
67
    {
68
        passengers[i]->wait();
69
        delete passengers[i];
70
    }
71

72
    cout << g_seats.available() << endl;
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74
    return a.exec();
75
}
76

83.3.3 测试验证

运行效果如图所示：

29
1
3
2
PASSENGER-1> STANDING
3
PASSENGER-2> STANDING
4
PASSENGER-3> STANDING
5
PASSENGER-4> STANDING
6
PASSENGER-6> STANDING
7
PASSENGER-1> SIT DOWN
8
PASSENGER-5> STANDING
9
PASSENGER-7> STANDING
10
PASSENGER-8> STANDING
11
PASSENGER-9> STANDING
12
PASSENGER-2> SIT DOWN
13
PASSENGER-3> SIT DOWN
14
PASSENGER-1> GET OFF
15
PASSENGER-4> SIT DOWN
16
PASSENGER-3> GET OFF
17
PASSENGER-2> GET OFF
18
PASSENGER-5> SIT DOWN
19
PASSENGER-6> SIT DOWN
20
PASSENGER-4> GET OFF
21
PASSENGER-8> SIT DOWN
22
PASSENGER-5> GET OFF
23
PASSENGER-6> GET OFF
24
PASSENGER-7> SIT DOWN
25
PASSENGER-9> SIT DOWN
26
PASSENGER-8> GET OFF
27
PASSENGER-7> GET OFF
28
PASSENGER-9> GET OFF
29
3