Оба механизма (мьютекс и семафор) используются для синхронизации потоков или процессов в многопоточной среде, но имеют разное назначение и поведение.
1. Мьютекс (Mutex, Mutual Exclusion)
Назначение:
- Обеспечивает взаимное исключение — только один поток может владеть мьютексом в данный момент.
- Используется для защиты критических секций (участков кода, где обрабатываются общие данные).
Особенности:
- Бинарный: может находиться в одном из двух состояний — заблокирован или разблокирован.
- Владелец: только поток, который заблокировал мьютекс, может его разблокировать.
- Рекурсивность: в некоторых реализациях (например,
pthread_mutex) может быть рекурсивным (один поток может захватывать его несколько раз). - Аналогия: Мьютекс — как ключ от туалета: только один человек (поток) может им владеть, и он должен вернуть ключ, чтобы другие смогли войти.
2. Семафор (Semaphore)
Назначение:
- Ограничивает количество потоков, которые могут одновременно выполнять определенный участок кода.
- Может использоваться для управления доступом к ресурсам с ограниченной ёмкостью (например, пул соединений к БД).
Особенности:
- Счётчик: семафор имеет счётчик, который уменьшается при
wait()(захвате) и увеличивается приpost()(освобождении). - Не имеет владельца: любой поток может освободить семафор (в отличие от мьютекса).
- Типы:
- Бинарный семафор (аналогичен мьютексу, но без владельца).
- Счётный семафор (разрешает доступ N потокам одновременно).
- Аналогия: Семафор — как пропуск на парковку: есть ограниченное количество мест (N), и когда места заканчиваются, новые машины (потоки) ждут, пока кто-то не освободит место.
Когда что использовать?
- Мьютекс — когда нужно гарантировать, что только один поток работает с ресурсом (например, изменение общей переменной).
- Семафор — когда нужно ограничить доступ к ресурсу для N потоков (например, пул соединений или ограничение параллельных задач).
Пример:
- Если у вас есть общий буфер, куда пишут несколько потоков, нужен мьютекс.
- Если у вас есть пул из 10 подключений к БД и нужно ограничить их использование, подойдёт семафор со значением 10.
Вывод
Мьютекс — для эксклюзивного доступа, семафор — для ограничения параллелизма. 🚀