一、信号量

概念

信号量是一种特殊的变量，可用于线程同步。信号量s是具有非负整数值的全局变量，只能由两种特殊操作（P和V）来处理。

操作

●P(s)：
1.s > 0，将s - 1
2.s == 0，挂起该线程，直到 s != 0

●V(s)：
将s + 1，如果有其他线程阻塞在P操作等待s变为非0，V操作会唤醒它们中的一个，然后被唤醒的线程将s - 1，完成P操作。

系统调用

●sem_init(sem_t *sem, 信号量类型(进程/线程间共享), 信号量值大小) 初始化信号量

●sem_destroy(sem_t *sem) 销毁信号量

●sem_wait（sem_t *sem）：以原子操作的方式将信号量减 1，如果信号量值为 0，则 sem_wait 将被阻塞，直到这个信号量具有非 0 值。

●sem_post（sem_t *sem)：以原子操作将信号量值+1。当信号量大于 0 时，其他正在调用sem_wait 等待信号量的线程将被唤醒。

应用

●生产者-消费者问题
对于生产者来说，当缓冲区满，也就是空闲缓冲区个数为0时，此时生产者不能继续向缓冲区写数，必须等待，直到有消费者从满缓冲区取走数后，再次有了空闲缓冲区，生产者才能向缓冲区写数。

对于消费者来说，当缓冲区空时，此时没有数可以被取走，消费者必须等待，直到有生产者向缓冲区写数后，消费者才能取走。并且如果当缓冲区空时，先后有多个消费者均想从缓冲区取数，那么它们均需要等待，此时需要记录下等待的消费者个数，以便缓冲区有数可取后，能将所有等待的消费者唤醒，确保请求取数的消费者最终都能取的数。

也就是说，当多个进程需要协同合作时，需要根据某个信号，判断当前进程是否需要停下来等待；同时，其他进程需要根据这个信息判断是否有进程在等待，或者有几个进程在等待，以决定是否需要唤醒等待的进程。而这个信息，就是信号量。

二、互斥量

概念

又称为互斥锁，主要用于线程互斥。
当进入临界区时，需要获得互斥锁并且加锁；当离开临界区时，需要对互斥锁解锁，以唤醒其他等待该互斥锁的线程。

系统调用

●pthread_mutex_init:初始化互斥锁

●pthread_mutex_destroy：销毁互斥锁

●pthread_mutex_lock：以原子操作的方式给一个互斥锁加锁，如果目标互斥锁已经被上锁，pthread_mutex_lock 调用将阻塞，直到该互斥锁的占有者将其解锁。

●pthread_mutex_unlock:以一个原子操作的方式给一个互斥锁解锁

应用

●资源访问：
一个线程占用了某一个资源，那么别的线程就无法访问，直到这个线程unlock，其他的线程才开始可以利用这个资源。比如对全局变量的访问。

三、条件变量

概念

条件变量，又称条件锁，用于在线程之间同步共享数据的值。条件变量提供一种线程间通信机制：当某个共享数据达到某个值时，唤醒等待这个共享数据的一个/多个线程。

为何需要条件变量

满足条件可以通知，不用轮询条件是否满足

如果没有条件变量，就每次都需要加锁进入临界区去查看条件是否满足，然后再离开。需要不断加锁解锁去判断条件是否满足。条件变量的产生可以不用循环加锁解锁，并且第一时间收到条件满足的通知。

系统调用

●pthread_cond_init函数，用于初始化条件变量

●pthread_cond_destory函数，销毁条件变量

●pthread_cond_signal函数，唤醒一个等待目标条件变量的线程

●pthread_cond_broadcast函数，以广播的方式唤醒所有等待目标条件变量的线程

●pthread_cond_wait函数，用于等待目标条件变量。该函数调用时需要传入 mutex参数(加锁的互斥锁) ，函数执行时，先把调用线程放入条件变量的请求队列，然后将互斥锁mutex解锁，当函数成功返回为0时，表示重新抢到了互斥锁（开始处理），互斥锁会再次被锁上， 也就是说函数内部会有一次解锁和加锁操作.

pthread_cond_wait为什么要解锁再加锁

https://blog.csdn.net/qq_36459662/article/details/114838216

线程同步机制封装类

利用RAII机制，资源获取即初始化，比如锁，构造就是加锁，析构就是解锁。

https://blog.csdn.net/qq_36459662/article/details/106647317

应用和注意点

https://editor.csdn.net/md/?articleId=106901292

条件变量和信号量的区别

●条件变量有广播的功能，可以唤醒等待的所有线程
●信号量、共享内存、消息队列是IPC三剑客，主要用于进程间通信
●条件变量、互斥锁主要用于线程间通信