C++的std::counting_semaphore是什么_C++20中控制并发访问资源数量的信号量

std::counting_semaphore是C++20引入的计数信号量，用于限制同时访问资源的线程数，通过acquire和release操作控制计数器，支持高效管理有限资源池，并提供灵活的等待与释放机制。

std::counting_semaphore 是 C++20 引入的一个用于控制并发访问资源数量的同步机制，属于 <semaphore> 头文件中的组件。它基于“计数信号量”的概念，用来限制同时访问某一共享资源的线程数量。

什么是计数信号量？

信号量是一种经典的并发控制工具，而计数信号量允许最多 N 个线程同时访问资源。它的内部维护一个计数器：

• 当线程获取信号量（acquire）时，计数器减一；如果计数器为零，则线程阻塞等待。
• 当线程释放信号量（release）时，计数器加一，并唤醒一个等待的线程。

这种机制非常适合用于控制对有限资源池的访问，比如数据库连接池、线程池中的工作线程调度等。

std::counting_semaphore 的基本用法

在 C++20 中，你可以这样使用 std::counting_semaphore：

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#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
#include <semaphore>

std::counting_semaphore<5> sem(5); // 最多允许5个线程同时进入
std::mutex cout_mutex;

void worker(int id) {
    sem.acquire(); // 获取许可
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_mutex);
        std::cout << "Worker " << id << " entered critical section.\n";
    }
    
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000)); // 模拟工作

    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_mutex);
        std::cout << "Worker " << id << " leaving.\n";
    }
    sem.release(); // 释放许可
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        threads.emplace_back(worker, i);
    }

    for (auto& t : threads) {
        t.join();
    }
}

上面的例子中，最多只有 5 个线程能同时执行临界区代码，其余线程会等待，直到有线程调用 release() 释放资源。

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与 binary_semaphore 的关系

C++20 还定义了 std::binary_semaphore，它是最大值为 1 的特化版本，行为类似于互斥锁（mutex），但不可重入。本质上是：

using binary_semaphore = counting_semaphore<1>;

适合用于简单的两个状态的同步场景，例如事件通知。

关键成员函数

• acquire()：尝试获取一个许可，若不可用则阻塞。
• try_acquire()：非阻塞尝试获取，成功返回 true。
• try_acquire_for(rel_time) / try_acquire_until(abs_time)：限时等待获取。
• release(n = 1)：释放一个或多个许可。

这些接口提供了灵活的控制方式，适应不同性能和响应性要求。

基本上就这些。std::counting_semaphore 提供了一种简洁高效的方式来管理并发资源访问，相比传统 mutex 更适合处理“有限并发”问题。

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