面试题：多线程编程并发与同步之锁机制

Question

在多线程编程中，常用的同步机制有互斥锁、信号量、读写锁等。请简要描述互斥锁和信号量的区别，并举例说明在什么场景下会优先选择使用信号量而非互斥锁。

Answer 1

区别

1. 互斥锁：
   • 本质是一种特殊的二元信号量（取值只有0和1），用于保证在同一时刻只有一个线程能够访问临界区。它主要用于线程对共享资源的排他性访问，同一时间只允许一个线程持有锁进入临界区，其他线程必须等待锁的释放。
   • 一般用于控制对临界资源的独占访问，确保线程安全。例如，当多个线程同时访问一个共享文件进行写入操作时，为防止数据混乱，就可以使用互斥锁保证每次只有一个线程能进行写入。
2. 信号量：
   • 信号量可以有一个大于1的初始值，表示可用资源的数量。线程获取信号量时，信号量的值减1；释放信号量时，信号量的值加1。当信号量的值为0时，其他线程获取信号量就会被阻塞。
   • 它更侧重于控制对有限资源的访问数量，适用于多个线程竞争有限数量资源的场景。

优先选择信号量的场景

例如，在一个数据库连接池的场景中，连接池有固定数量（如10个）的数据库连接可供多个线程使用。每个线程在需要进行数据库操作时，需要获取一个数据库连接。如果使用互斥锁，每次只能有一个线程使用数据库连接，这会导致连接资源利用率低下。而使用信号量，将信号量初始值设为10，代表有10个可用的数据库连接资源。每个线程获取信号量时（即获取一个连接），信号量值减1，当10个连接都被占用时，信号量值为0，其他线程就需要等待，直到有线程释放连接（释放信号量），这样就能有效地控制同时使用数据库连接的线程数量，提高资源利用率。所以在这种有固定数量资源可供多个线程使用的场景下，优先选择信号量而非互斥锁。