C ++ 11中的非阻塞信号量？

Question

本网站上的一些问题涉及 C++11 中引入的多线程支持中缺少信号量对象。很多人建议implementing semaphores using mutexes or condition variables or a combination of both。

然而，这些方法都不允许在保证调用线程不被阻塞的同时增加和减少信号量，因为通常必须在读取信号量的值之前获取锁。例如，POSIX 信号量具有函数sem_post() 和sem_trywait()，它们都是非阻塞的。

是否可以仅使用 C++11 多线程支持来实现非阻塞信号量？或者我是否必须为此使用依赖于操作系统的库？如果是这样，为什么 C++11 版本不包含信号量对象？

similar question 已 3 年未得到答复。 （注意：我相信我要问的问题要广泛得多，除了生产者/消费者之外，非阻塞信号量对象肯定还有其他用途。如果尽管如此，有人认为我的问题是重复的，那么请告诉我如何我可以重新关注旧问题，因为这仍然是一个悬而未决的问题。）

Answer 1

我认为实现信号量没有问题。使用 C++11 atomics 和 mutextes 应该是可能的。

class Semaphore
{
private:
    std::atomic<int> count_;

public:
    Semaphore() :
        count_(0) // Initialized as locked.
    {

    }
    void notify() {
        count_++;
    }

    void wait() {
        while(!try_wait()) {
            //Spin Locking
        }
    }

    bool try_wait() {
        int count = count_;
        if(count) {
            return count_.compare_exchange_strong(count, count - 1);
        } else {
            return false;
        }
    }
};

下面是一个小例子：

#include <iostream>
#include "Semaphore.hpp"
#include <thread>
#include <vector>

Semaphore sem;
int counter;

void run(int threadIdx) {
    while(!sem.try_wait()) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1));
    }
    //Alternative use wait
    //sem.wait()
    std::cout << "Thread " << threadIdx << " enter critical section" << std::endl;
    counter++;
    std::cout << "Thread " << threadIdx << " incresed counter to " << counter << std::endl;

    // Do work;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(30));

    std::cout << "Thread " << threadIdx << " leave critical section" << std::endl;
    sem.notify();
}
int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    for(int i = 0; i < 15; i++) {
        threads.push_back(std::thread(run, i));
    }

    sem.notify();


    for(auto& t : threads) {
        t.join();
    }
    std::cout << "Terminate main." << std::endl;
    return 0;
}

当然，等待是一个阻塞操作。但是 notify 和 try_wait 都是非阻塞的，如果比较和交换操作是非阻塞的（可以检查）。