Windows下Semaphore的等待机制详解及应用332

在Windows多线程编程中，信号量（Semaphore）是一种重要的同步机制，用于控制对共享资源的访问。它允许多个线程并发访问同一个资源，但限制同时访问的线程数量。`sem_wait` 函数是Windows API中用于等待信号量资源的函数，本文将详细讲解`sem_wait`函数的用法、参数、返回值以及在实际编程中的应用，并结合代码示例进行说明，帮助读者深入理解Windows下的信号量等待机制。

在深入探讨`sem_wait`之前，我们需要先了解信号量的概念。信号量本质上是一个计数器，表示可用资源的数量。当线程需要访问共享资源时，它会尝试从信号量中获取一个单位（`sem_wait`）。如果信号量的值大于0，表示有可用资源，则信号量值减1，线程获得资源并继续执行。如果信号量的值等于0，表示所有资源都被占用，则线程被阻塞，直到信号量的值大于0，被其他线程释放资源。

与互斥锁（Mutex）不同，信号量可以允许多个线程同时访问资源，而互斥锁一次只能允许一个线程访问资源。这使得信号量在处理多个线程竞争有限资源的场景下更加灵活和高效。例如，一个程序中有多个线程需要访问一个缓冲区，缓冲区只能同时被有限数量的线程写入，这时就可以使用信号量来控制线程对缓冲区的访问。

在Windows API中，使用`CreateSemaphore`函数创建信号量，`ReleaseSemaphore`函数释放信号量资源，而`WaitForSingleObject`或`WaitForMultipleObjects`函数则用于等待信号量变为可信号状态。虽然没有直接的`sem_wait`函数，但`WaitForSingleObject`函数的功能与之等效，只是作用对象更广，不仅可以等待信号量，还可以等待其他内核对象，例如事件、互斥锁等。因此，下文将重点讲解`WaitForSingleObject`函数在等待信号量时的应用。

下面是一个简单的代码示例，演示了如何使用`CreateSemaphore`、`WaitForSingleObject`和`ReleaseSemaphore`函数来控制对共享资源的访问：
#include
#include
int main() {
HANDLE hSemaphore;
DWORD dwWaitResult;
// 创建信号量，初始计数为2，最大计数为2
hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 2, 2, L"MySemaphore");
if (hSemaphore == NULL) {
printf("CreateSemaphore failed (%d)", GetLastError());
return 1;
}
// 线程1等待信号量
dwWaitResult = WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);
if (dwWaitResult == WAIT_OBJECT_0) {
printf("Thread 1 acquired semaphore");
// 访问共享资源
Sleep(2000); // 模拟资源访问
printf("Thread 1 releasing semaphore");
ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL);
} else {
printf("WaitForSingleObject failed (%d)", GetLastError());
}

// 线程2等待信号量
dwWaitResult = WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);
if (dwWaitResult == WAIT_OBJECT_0) {
printf("Thread 2 acquired semaphore");
// 访问共享资源
Sleep(1000); // 模拟资源访问
printf("Thread 2 releasing semaphore");
ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL);
} else {
printf("WaitForSingleObject failed (%d)", GetLastError());
}

CloseHandle(hSemaphore);
return 0;
}

在这个例子中，我们创建了一个初始计数为2，最大计数为2的信号量。这意味着最多两个线程可以同时访问共享资源。两个线程分别调用`WaitForSingleObject`等待信号量，获取资源后进行模拟的资源访问，最后释放信号量。`INFINITE`参数表示无限期等待。如果信号量的值大于0，则函数立即返回`WAIT_OBJECT_0`；如果信号量的值等于0，则函数一直阻塞，直到信号量的值大于0。

需要注意的是，`ReleaseSemaphore`函数的第二个参数指定要释放的信号量计数，可以大于1，这在某些场景下非常有用。此外，在使用完信号量后，必须调用`CloseHandle`函数关闭信号量句柄，释放系统资源。错误处理也是至关重要的，代码中应该始终检查API函数的返回值，并根据`GetLastError`函数获取的错误代码进行相应的处理。

总结一下，`WaitForSingleObject`函数在Windows环境下扮演着`sem_wait`的角色，用于等待信号量资源。理解信号量的概念和`WaitForSingleObject`函数的用法对于编写高效、可靠的多线程程序至关重要。熟练掌握这些技术，才能在Windows平台上更好地进行并发编程，解决资源竞争等问题。记住，在实际应用中，需要根据具体的场景选择合适的同步机制，并注意避免死锁等问题。

2025-09-16

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