信号量与PV java

进程间通信：
进程通常分为就绪、运行和阻塞三个工作状态。三种状态在某些条件下可以转换，三者之间的转换关系如下：

进程三个状态之间的转换就是靠PV操作来控制的。PV操作主要就是P操作、V操作和信号量。其中信号量起到了至关重要的作用。

信号量
信号量是最早出现的用来解决进程同步与互斥问题的机制。　
信号量（Saphore）由一个值和一个指针组成，指针指向等待该信号量的进程。信号量的值表示相应资源的使用情况。信号量S>=0时，S表示可用资源的数量。执行一次P操作意味着请求分配一个资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，S的绝对值表示当前等待该资源的进程数。请求者必须等待其他进程释放该类资源，才能继续运行。而执行一个V操作意味着释放一个资源，因此S的值加1；若S<0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。

注意，信号量的值只能由PV操作来改变。
　　
　
关于PV操作容易产生的一些疑问：

1，S大于0那就表示有临界资源可供使用，为什么不唤醒进程？
S大于0的确表示有临界资源可供使用，也就是说这个时候没有进程被阻塞在这个资源上，所以不需要唤醒。

2，S小于0应该是说没有临界资源可供使用，为什么还要唤醒进程？
V原语操作的本质在于：一个进程使用完临界资源后，释放临界资源，使S加1，以通知其它的进程，这个时候如果S<0，表明有进程阻塞在该类资源上，因此要从阻塞队列里唤醒一个进程来“转手”该类资源。比如，有两个某类资源，四个进程A、B、C、D要用该类资源，最开始S=2，当A进入，S=1，当B进入S=0，表明该类资源刚好用完， 当C进入时S=-1，表明有一个进程被阻塞了，D进入，S=-2。当A用完该类资源时，进行V操作，S=-1，释放该类资源，因为S<0，表明有进程阻塞在该类资源上，于是唤醒一个。

3，如果是互斥信号量的话，应该设置信号量S=1，但是当有5个进程都访问的话，最后在该信号量的链表里会有4个在等待，也是说S=-4，那么第一个进程执行了V操作使S加1，释放了资源，下一个应该能够执行，但唤醒的这个进程在执行P操作时因S<0，也还是执行不了，这是怎么回事呢？
当一个进程阻塞了的时候，它已经执行过了P操作，并卡在临界区那个地方。当唤醒它时就立即进入它自己的临界区，并不需要执行P操作了，当执行完了临界区的程序后，就执行V操作。

4，S的绝对值表示等待的进程数，同时又表示临界资源，这到底是怎么回事？
当信号量S小于0时，其绝对值表示系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目.S大于0时表示可用的临界资源数。注意在不同情况下所表达的含义不一样。当等于0时，表示刚好用完。

某工厂有一个可以存放设备的仓库，总共可以存放10台设备。生产的每一台设备都必 须入库，销售部门可从仓库提出设备供应客户。设备的入库和出库都必须借助运输工具。现只有一台运输工具，每次只能运输一台设备。请设计一个能协调工作的自动调度管理系统。
参考答案：  第一步：确定进程  可以为入库（Pin）和出库（Pout）各设置一个进程 Pin进程：     生产了一台设备  使用运输工具入库 Pout进程：     使用运输工具出库

 提出设备供应客户  第二步：确定进程的同步、互斥关系   同步：当仓库中有空余位置存放设备时，设备才可以入库  同步：当仓库中有存放的设备时，设备才可以出库  互斥：运输工具是临界资源，要互斥访问  第三步：设置信号量   仓库中有空余位置数量，empty，初值10  仓库中有存放的设备数量，full，初值 0   为运输工具设置互斥信号量S，初值 1，表示当前可用  第四步：用伪代码描述 

begin      empty, full, S：semaphore;   
 empty := 10;  full := 0; S := 1; 
cobegin  Pin ();  
Pout (); coend; 
end;   
process  Pin ( )    begin        
L1:  生产了一台设备   P（empty）;            
 P (S);  使用运输工具入库; 
V （S）;             
V（full）; 
goto L1;     
end;    
process  Pout ( )    begin  
L2:  P（full）; 
 P (S);  使用运输工具出库; V （S）; V（empty）;  提出设备供应客户;             goto L2;     end; 

/**
 * 空余位置
 */
public class AvailablePositionSemaphore {

	private int num = 0;

	public AvailablePositionSemaphore(int num) {
		this.num = num;
	}

	public synchronized int p_AvailablePosition() throws InterruptedException {
		if (num >= 10) {
			wait();
		}
		return num--;
	}

	public synchronized int v_AvailablePosition() {
		this.notify();
		return num++;
	}
}

/**
 * 设备数量
 */
public class EquipmentSemaphore {

	private int num = 0;
	
	public EquipmentSemaphore(int num){
		this.num = num;
	}

	public synchronized int p_Equipment() {
		if (num > 0) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		return num--;
	}

	public synchronized int v_Equipment() {
		this.notify();
		return num++;
	}
}

public class ToolSemaphore {

	private int num = 0;

	public ToolSemaphore(int num) {
		this.num = num;
	}

	public synchronized int p_Tool() {
		if (num <= 0) {
			try {
				wait();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		return num--;
	}

	public synchronized int v_Tool() {
		this.notify();
		return num++;
	}
}

public class ProducerThread extends Thread {

	private AvailablePositionSemaphore availablePositionSemaphore;
	private EquipmentSemaphore equipmentSemaphore;
	private ToolSemaphore toolSemaphore;

	public ProducerThread(AvailablePositionSemaphore availablePositionSemaphore, EquipmentSemaphore equipmentSemaphore,
			ToolSemaphore toolSemaphore) {
		this.availablePositionSemaphore = availablePositionSemaphore;
		this.equipmentSemaphore = equipmentSemaphore;
		this.toolSemaphore = toolSemaphore;
	}

	public void buildNew() {
		System.out.println("buildNew begin");
		try {
			Thread.sleep(1000L);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("buildNew end");
	}

	@Override
	public void run() {
		while (true) {
			try {
				buildNew();
				int num1 = availablePositionSemaphore.p_AvailablePosition();
				int num2 = toolSemaphore.p_Tool();
				toolSemaphore.v_Tool();
				equipmentSemaphore.v_Equipment();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

}

public class ConsumerThread extends Thread {

	private AvailablePositionSemaphore availablePositionSemaphore;
	private EquipmentSemaphore equipmentSemaphore;
	private ToolSemaphore toolSemaphore;

	public ConsumerThread(AvailablePositionSemaphore availablePositionSemaphore, EquipmentSemaphore equipmentSemaphore,
			ToolSemaphore toolSemaphore) {
		this.availablePositionSemaphore = availablePositionSemaphore;
		this.equipmentSemaphore = equipmentSemaphore;
		this.toolSemaphore = toolSemaphore;
	}

	public void sell() {
		System.out.println("sell begin");
		try {
			Thread.sleep(1000L);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("sell end");
	}

	@Override
	public void run() {
		while (true) {
			try {
				Thread.sleep(2000L);
				int num1 = equipmentSemaphore.p_Equipment();
				int num2 = toolSemaphore.p_Tool();
				sell();
				toolSemaphore.v_Tool();
				availablePositionSemaphore.v_AvailablePosition();
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

}

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		AvailablePositionSemaphore a1 = new AvailablePositionSemaphore(10);
		EquipmentSemaphore a2 = new EquipmentSemaphore(0);
		ToolSemaphore a3 = new ToolSemaphore(1);
		ProducerThread producer = new ProducerThread(a1, a2, a3);
		ConsumerThread consumer = new ConsumerThread(a1, a2, a3);
		producer.start();
		consumer.start();
	}