The Little Book of Semaphores 訊號量小書 第二章 訊號量
第二章 訊號量
在現實生活中，訊號量是用於視覺通訊的訊號系統，通常具有標誌，燈或一些其他機制。 在軟體中，訊號量是一種資料結構，可用於解決各種同步問題。
訊號量是由著名的“古怪”的電腦科學家Edsger Dijkstra發明的。 自最初的設計以來，一些細節已經改變，但基本思路是一樣的。
2.1 定義
訊號量就像一個整數，但有以下三個不同之處：
- 建立訊號量時，可以將其值初始化為任何整數，但在此之後，您可以執行的唯一操作是遞增（增加1）和遞減（減少1）。 您無法讀取訊號量的當前值。
- 當執行緒遞減訊號量時，如果結果為負，則執行緒會阻塞自身並且無法繼續，直到另一個執行緒遞增訊號量。
- 當執行緒遞增訊號量時，如果有其他執行緒在等待，則其中一個等待執行緒將被解除阻塞。
要說執行緒阻塞自身（或簡稱為“阻塞”）就是說它通知排程程式它不能繼續執行。 排程程式將阻止該執行緒執行，直到發生導致執行緒解除阻塞的事件。 在電腦科學中混合隱喻的傳統中，解除阻塞通常被稱為“喚醒”。
這就是定義的全部內容，但是，關於這個定義，還有一些重要的內容是您需要了解的。
- 通常，線上程遞減訊號量之前無法知道它是否會阻塞（在特定情況下，您可能能夠確定它會或不會）。
- 一個執行緒增加一個訊號量並且另一個執行緒被喚醒後，兩個執行緒繼續併發執行。 沒有辦法知道是哪個執行緒（如果有的話）會立即繼續執行。
- 當您傳送訊號量時，您不一定知道另一個執行緒是否在等待，因此未阻塞執行緒的數量可能為零或一。
最後，您可能想要考慮訊號量的值有什麼含義。 如果值為正，則表示可以在不阻塞的情況下遞減的執行緒數。 如果是負數，則表示已阻塞且正在等待的執行緒數。 如果值為零，則表示沒有執行緒在等待，但如果執行緒嘗試遞減，則它將阻塞。
2.2 語法
在大多數程式設計環境中，訊號量的實現可作為程式語言或作業系統的一部分。 不同的實現有時提供稍微不同的功能，並且通常需要不同的語法。
在本書中，我將使用一種簡單的偽語言來演示訊號量的工作原理。建立新的訊號量並對其初始化的語法是：
訊號量初始化語法
函式Semaphore是一個建構函式；它建立並返回一個新的訊號量。 訊號量的初始值作為引數傳遞給建構函式。
訊號量操作在不同的環境中使用不同的名稱。 最常見的替代方案有：
訊號量操作
以及：
還有：
令人驚訝的是，有這麼多名字，但這是有原因的。 increment（遞增）和decrement（遞減）描述是如何操作的。 signal（訊號）和wait（等待）描述它們要做什麼。 V和P是Dijkstra提出的原始名稱，他明智地意識到無意義的名字比誤導名稱更好。【如果你懂荷蘭語，其實V和P也並非毫無意義。】
我認為其他幾對名稱會造成誤導，因為increment（遞增）和decrement（遞減）忽略了會導致阻塞和喚醒的可能性，並且訊號量通常以與signal（訊號）和wait（等待）無關的方式使用。
如果要堅持有意義的名字，那麼我會建議：
我不認為這兩個名字會很快被大家所接受。 在此期間，我選擇（或多或少有點任意地選擇）signal（訊號）和wait（等待）。
2.3 為什麼是訊號量
看一下訊號量的定義，並不容易看出它們這麼有用的原因。 確實，我們不需要訊號量來解決同步問題，但使用它們有一些優勢：
- 訊號量強制實施有意識的約束，幫助程式設計師避免錯誤。
- 使用訊號量的解決方案通常是乾淨且有條理的，因此很容易證明其正確性。
- 訊號量可以在許多系統上高效實現，因此使用訊號量的解決方案是可移植的，通常是高效的。