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信号量（semaphore）是一种轻量级的多线程或多进程同步机制，用来制约多个线程同时对共享资源的并发访问（控制线程的并发数量）。信号量可以理解为一个计数器，信号量本身的操作不可被打断，是原子操作，必须由操作系统内核来实现信号量。

一、信号量的原理

信号量就是一个计时器。我们以常见的二值信号量来举例，假设该二值信号量为sem，初始值为1，当某个进程/线程想要使用某个共享资源时，该程序先检查该信号量sem：

如果信号量sem==1，表示该程序可以使用该共享资源，其访问共享资源时，信号量-1，相当于对该共享资源加锁。

如果信号量sem==0，表示该程序不可以使用该共享资源，共享资源不可访问，该程序休眠等待，直至信号量sem==1时才能访问（解锁）。

二、C++的信号量工具

C++11之后的版本提供了信号量机制，使用时导入头文件#include <semaphore.h>。

1、初始化一个信号量

信号量的类型：sem_t

#include <semaphore.h>//信号量
sem_t semId_;//定义一个信号量变量
sem_init(&semId_, 0, 5);//初始化信号量

详细分析下初始化函数：

int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value);

参数：

sem是要初始化的信号量指针； pshared为0时，信号量sem由进程内线程共享，应该定义为进程内的全局变量或者堆上动态分配的变量为1表示信号量sem由进程之间共享，应该定义在内存共享区域； value是信号量sem的初始值 返回值：

成功时返回 0；错误时，返回 -1

2、信号量的增减

（1）信号量的减少

函数原型如：int sem_wait(sem_t *sem);

该函数用于以原子操作的方式将信号量加-1，等待sem_post抛出信号来，否则一直阻塞。

调用成功返回0，失败返回-1，并且设置error

// 资源减少1
sem_wait(&semId_);
{
    //对某个共享资源的操作  
}

（2）信号量的增加

该函数原型如： int sem_post(sem_t *sem);

该函数用于以原子操作的方式将信号量加1，并且会抛出信号，原本被阻塞的sem_wait将被打开：

调用成功返回0，失败返回-1，并且设置error。

// 资源增加1
sem_post(&semId_);

3、信号量的销毁

该函数原型如：int sem_destroy(sem_t *sem);

该函数对用完的信号量清理；

调用成功返回0，失败返回-1，并且设置error。

int sem_destroy(sem_t *sem);

三、互斥量的原理

互斥量（MuteX）是通过锁的机制来实现线程间的同步问题，可以简单理解为一种特殊的信号量，它的值只能是0和1，也就是上锁和解锁两种状态。

四、C++的互斥锁工具

C++11通过#include <mutex>提供了互斥量机制，该文件提供4种锁变量：

std::mutex，最基本的 Mutex 类。
std::recursive_mutex，递归 Mutex 类。
std::time_mutex，定时 Mutex 类。
std::recursive_timed_mutex，定时递归 Mutex 类。

上述这4种锁变量，其中基本都有lock()、unlock()和try_lock()等操作，这些操作都需要程序员自行调用。

为了更加方便地对互斥量进行上锁和解锁，该文件又提供了2种更加方便的上锁的类：

std::lock_guard，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁。
std::unique_lock，与 Mutex RAII 相关，方便线程对互斥量上锁，但提供了更好的上锁和解锁控制。

1、std::lock_guard 介绍

std::lock_gurad 是 C++11 中定义的模板类。定义如下：

template <class Mutex> class lock_guard;

lock_gurad 可以方便地对互斥量上锁，在某个lock_gurad对象的声明周期内，它管理的锁会一直保持上锁状态，当声明周期结束之后，它管理的锁会被自动解锁。

lock_guard 对象并不负责管理 Mutex 对象的生命周期，lock_guard 对象只是简化了 Mutex 对象的上锁和解锁操作，方便线程对互斥量上锁，即在某个 lock_guard 对象的声明周期内，它所管理的锁对象会一直保持上锁状态；而 lock_guard 的生命周期结束之后，它所管理的锁对象会被解锁。