理解C++20中的std::counting_semaphore和std::binary_semaphore

# 理解 C++20 的 std::counting_semaphore 和 std::binary_semaphore Source: https://www.cppstories.com/2026/semaphore/ ## 目录 - 基础 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#basics) - API (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#api) - 使用 `std::counting_semaphore` 限制并发 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#limiting-concurrency-with-stdcounting_semaphore) - 使用 RAII 归还槽位 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#returning-a-slot-with-raii) - 使用 `std::binary_semaphore` 进行信令 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#signaling-with-stdbinary_semaphore) - 带超时的等待 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#waiting-with-a-timeout) - 信号量、互斥量还是条件变量？ (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#semaphore-mutex-or-condition-variable) - 值得了解的细节 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#details-worth-knowing) - `LeastMaxValue` 是一个下界 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#leastmaxvalue-is-a-lower-bound) - 不要将计数器增加到 `max()` 以上 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#do-not-increase-the-counter-past-max) - `try_acquire()` 可能假性失败 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#try_acquire-may-fail-spuriously) - 不保证等待顺序 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#waiting-order-is-not-guaranteed) - 注意生命周期 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#watch-the-lifetime) - 总结 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#summary) - 参考 (https://www.cppstories.com/2026/semaphore/#references) 本文解释了 C++20 中引入的两种信号量类型：`std::counting_semaphore` 和 `std::binary_semaphore`。我们首先使用计数信号量来限制同一时间可以操作的线程数量。然后使用二进制信号量在线程之间发送信号。我们还会探讨超时等待、一个小型 RAII 辅助类以及其他一些细节。 > **注意：** 这里讨论的同步功能在 C++20 中可用。示例使用 C++23 的 `std::println` 以得到更清晰的输出。我们开始吧。 ## 基础 互斥量在每次只允许一个线程进入受保护区域时效果很好。但有时这个限制过于严格。想象一个应用程序拥有三个数据库连接。如果每次只运行一个数据库操作，就会浪费其中两个连接。另一方面，允许任意数量的线程开始操作可能会使数据库过载。我们需要的是一种限制：三个线程可以继续执行，而其余线程等待。 还有另一种常见情况。一个线程准备数据，另一个线程等待数据就绪。信号量可以很好地解决这两个问题。许多多线程库都有信号量，但 C++20 标准库现在直接提供了信号量，这非常酷。 ## API 计数信号量声明为： `std::counting_semaphore` 主要操作如下： | 函数 | 描述 | |------|------| | `counting_semaphore(desired)` | 创建计数器设置为 `desired` 的信号量 | | `acquire()` | 减少计数器；如果为零则等待