信号量

    两个线程之间的互斥比较简单，有时候线程之间还需要同步：一个线程必须等待另一个/多个线程完成才能开始工作。

    比如，一个打印的工作线程，操作系统给其分配一个循环队列（假设大小为5），旺财线程和小强线程两个家伙会向这个队列尾部添加文档；而我这个打印线程要从同一个队列的头部读取文件并打印，打印以后我就把这个文档删掉（见图1）。

图1

    如果队列是空的，那打印线程读取文档的时候读不到，这时就需要等待旺财线程或者小强线程把文档放进来。

    如果队列是满的，那旺财/小强就必须等待打印线程删除一个文档，腾出位置来。这个时候互相等待就出现了，互斥锁就搞不定这个问题了。

荷兰有一个叫Dijkstra的人，发明了一个叫信号量(Semaphore)的东西，能解决这个问题。

所谓信号量，其实就是一个整数，基于这个整数有两个操作: wait和signal。

“这是啥玩意？这么简单能解决问题？再说了，这个s++、s--，在多线程切换下连自身的正确性都难保，还能解决别人的问题？” 旺财吃惊了。

旺财问得好，说明思考了。实际上，这个东西必须操作系统亲自来实现，操作系统会在内核中实现wait和signal，让线程们调用。比如操作系统在做s++、s--时，可以屏蔽中断，不让程序进行切换，这样就可以保证其原子性了。

小强线程发现一个问题，那个wait()函数在s小于等于0的时候啥也不做，一直在循环，非常浪费CPU资源。操作系统称之为“忙等待”，需要改进一下。

假设那个value值是2，旺财和小强都调用了wait()函数，都成功了，value值变成了0.如果另一个线程再去调用wait()函数，value值就会变成-1，它会进入阻塞状态，并且加入等待队列。如果旺财或小强线程调用了signal()函数，就会把value值变成0(有线程在等待)，于是就把我这个线程唤醒了。

那么两个线程的消费者和生产者的同步问题怎么解决？操作系统用信号量解决消费、生产者的同步问题。

两个生产者线程假设都开始执行生产者代码，先去执行wait(empty)，发现没有问题，因为empty为初始值5。接下来都去执行wait(lock)，这时候就看谁先抢到了。如果旺财线程先抢到，旺财线程就可以往队列里添加文件，然后释放锁，小强线程就可以接着添加文件了。最后旺财线程还要把full的值加1，目的是通知消费者，因为它可能在等待。

多线程情况下，由于线程执行随时都有可能被打断，还要保证正确性，所以不能有任何闪失。这对程序员的挑战很大，如果出现了疏漏，则很难定位。

一般来说，程序员直接使用wait、signal编程，容易出错。Java JDK会进行抽象和封装，对于生产者-消费者问题，可以直接使用BlockingQueue，非常简单，完全不用考虑这些wait、signal、full、empty。