完成第四章的“C++20 信号量”一节所有内容 #12

Author: Mq-b

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@@ -1177,6 +1177,57 @@ int main() {
 
 信号量常用于发信/提醒而非互斥，通过初始化该信号量为 0 从而阻塞尝试 acquire() 的接收者，直至提醒者通过调用 release(n) “发信”。在此方面可把信号量当作**条件变量的替代品**，**通常它有更好的性能**。
 
+假设我们有一个 Web 服务器，它只能处理有限数量的并发请求。为了防止服务器过载，我们可以**使用信号量来限制并发请求的数量**。
+
+```cpp
+// 定义一个信号量，最大并发数为 3
+std::counting_semaphore<3> semaphore{ 3 };
+
+void handle_request(int request_id) {
+    // 请求到达，尝试获取信号量
+    std::cout << "进入 handle_request 尝试获取信号量\n";
+
+    semaphore.acquire();
+
+    std::cout << "成功获取信号量\n";
+
+    // 此处延时三秒可以方便测试，会看到先输出 3 个“成功获取信号量”，因为只有三个线程能成功调用 acquire，剩余的会被阻塞
+    std::this_thread::sleep_for(3s);
+
+    // 模拟处理时间
+    std::random_device rd;
+    std::mt19937 gen{ rd() };
+    std::uniform_int_distribution<> dis(1, 5);
+    int processing_time = dis(gen);
+    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(processing_time));
+
+    std::cout << std::format("请求 {} 已被处理\n", request_id);
+
+    semaphore.release(); 
+}
+
+int main() {
+    // 模拟 10 个并发请求
+    std::vector<std::jthread> threads;
+    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
+        threads.emplace_back(handle_request, i);
+    }
+}
+```
+
+> [运行](https://godbolt.org/z/xs9asvqre)测试。
+
+这段代码很简单，以至于我们可以在这里来再说一条概念：
+
+- `counting_semaphore` 是一个轻量同步原语，能控制对共享资源的访问。不同于 [std::mutex](https://zh.cppreference.com/w/cpp/thread/mutex)，`counting_semaphore` **允许同一资源进行多个并发的访问**，至少允许 `LeastMaxValue` 个同时的访问者。
+- `binary_semaphore` 是 `std::counting_semaphore` 的特化的别名，其 `LeastMaxValue` 为 1。
+
+`LeastMaxValue` 是我们设置的非类型模板参数，意思是信号量维护的计数最大值。我们这段代码设置的是 `3`，也就是允许 3 个同时访问者。事实上我们的代码就是这样做的。
+
+牢记信号量的基本的概念不变，计数的值不能小于 `0`，如果当前信号量的计数值为 `0`，那么执行“***等待***”（acquire）操作的线程将会**一直阻塞**。明白这点，那么就都不存在问题。
+
+通过这种方式，可以有效控制 Web 服务器处理并发请求的数量，防止服务器过载。
+
 [^4]:注：**如果信号量只有二进制的 0 或 1，称为二进制信号量（binary semaphore）**，这就是这个类型名字的由来。
 
 ## 总结