面试题：并发与同步：计数器在多线程同步中的应用场景

Question

请描述在多线程编程环境下，计数器可以用于哪些常见的同步场景，并简要说明其原理。

Answer 1

常见同步场景及原理

1. 控制并发访问数量
   • 场景：在服务器端，限制同时处理的请求数量。例如，一个小型Web服务器，为了避免因过多并发请求导致资源耗尽，限制同一时刻最多处理100个请求。
   • 原理：使用一个计数器，初始值设为最大允许的并发数（如100）。每当有一个新请求到来，线程尝试将计数器减1。如果计数器的值大于等于0，说明还有可用的并发名额，线程可以继续处理请求；如果计数器的值小于0，则线程需要等待，直到其他线程处理完请求并将计数器加1，使得计数器的值再次大于等于0。当线程处理完请求后，将计数器加1，释放一个并发名额。
2. 线程协作与同步
   • 场景：多个线程共同完成一个任务，需要等待所有线程都执行到某个阶段后再继续下一步。比如，多个线程分别从不同数据源读取数据，然后需要将这些数据汇总处理。只有当所有线程都完成数据读取后，才能进行汇总操作。
   • 原理：使用一个计数器，初始值设为线程的数量。每个线程在完成自己的数据读取任务后，将计数器减1。当计数器的值变为0时，说明所有线程都完成了数据读取，此时可以触发汇总操作的线程开始执行。
3. 资源分配与回收
   • 场景：管理共享资源池，如数据库连接池。池中有固定数量的数据库连接，线程需要获取连接来执行数据库操作，使用完后归还连接。
   • 原理：用计数器表示当前可用的连接数，初始值为连接池的大小。线程请求连接时，尝试将计数器减1，如果计数器大于等于0，则获取到连接；若小于0则等待。线程使用完连接归还时，将计数器加1，增加可用连接数。