一、猴子拿苹果问题

逛脉脉时，看到一网友遇到的面试题：有9个苹果，2只猴子。一个猴子每次拿2个苹果，一个猴子每次拿3个苹果。如果剩余的苹果数量不够猴子拿的数量，则停止拿苹果。请用多线程的方式模拟上面的描述。

看到问题的第一眼，觉得很有趣，脑海中第一个想到的就是通过信号量来实现，因为信号量是最适合做线程和进程状态同步了，而问题的考点就是线程同步。

恰好这两天刚好有在看信号量，所以很容易就想到通过信号量来实现这个问题。

其实原题说的是通过java多线程实现，但是我不会java，只能用c来写了。

为什么说考查的问题点是线程同步？因为题目要求是通过多线程来实现，如果不对线程状态制约，9个苹果，很容易在一瞬间就被一个猴子拿完，或许第二个线程还没开始苹果就已经拿完了。这明显不是面试官想看到的。所以不难想到考点就是如何协调两个猴子（线程）有序的拿桃子，有序的意思就是：你拿一次，我拿一次，要有次序的进行，直到把桃子拿完。如何控制线程之间你执行一次，我执行一次，肯定就要利用同步了。

二、匿名信号

匿名信号比较适用于线程间同步，因为它没有名字，所以多个进程间无法通过一个载体来共享它。只有在线程中，通过变量或者参数传递的方式来共享，所以适用于线程。

有名信号的用法参考：进程间通信之信号量。

匿名信号的原理也和有名信号一样，维持一个计数器，然后通过等待计数器的状态来继续往下执行。相关的函数：

#include <semaphore.h>
// 初始化信号量
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
// 发送信号量
int sem_post(sem_t *sem);
// 等待信号量
int sem_wait(sem_t *sem);
// 关闭信号量
int sem_close(sem_t *sem);

四个函数中，下面三个和有名信号量中的一样，唯一有区别的是第一个初始化信号量函数。匿名信号量无需传入信号量的名字，直接传入信号量对象就可以初始化了。后面的两个参数也都是一样，一个代表共享属性，一个代表默认值。

三、实现猴子拿苹果问题

两个猴子，肯定是需要两个线程，线程中辨别是哪个猴子肯定要传入猴子的参数，因此先实现一个猴子信息的对象，传入线程参数：

// 每个猴子的信息
struct monkey_info {
    int id; // 猴子的ID
    int cnt; // 每次拿苹果的数量
    sem_t *my; // 自己的信号量
    sem_t *other; // 另外一个猴子的信号量
};

为什么需要两个信号量呢，逻辑是：我去拿猴子，拿完通知你拿，你去拿猴子，我等在这里，等你拿完通知我拿。一个是等待自己的信号量，一个是通知另外猴子的信号量，所以需要两个。

线程函数实现：

// 苹果总量
static int s_apple_cnt = 9;

void *get_apple(void *ptr) {
    struct monkey_info *monkey = ptr;
    if (monkey == NULL)
        return NULL;

    while (1) {
        // 等待信号量
        sem_wait(monkey->my);
        if (s_apple_cnt < monkey->cnt) { // 当前的苹果数量不足以给到当前猴子
            printf("monkey %d: apple has't enough! total: %d, need: %d\n", monkey->id, s_apple_cnt, monkey->cnt);
            // 退出前，通知另外猴子继续拿
            sem_post(monkey->other);
            break;
        } else {
            // 拿苹果，减库存
            s_apple_cnt -= monkey->cnt;
            printf("monkey %d: get %d apple! remaining apples: %d\n", monkey->id, monkey->cnt, s_apple_cnt);
        }
        // 通知另外猴子
        sem_post(monkey->other);
    }
    return NULL;
}

主函数实现：

int main() {
    sem_t sem1, sem2;
    pthread_t tid1, tid2;
    // 初始化两个猴子的状态
    struct monkey_info monkey1 = {1, 2, &sem1, &sem2};
    struct monkey_info monkey2 = {2, 3, &sem2, &sem1};

    // 初始化信号
    sem_init(&sem1, 0, 1);
    sem_init(&sem2, 0, 0);

    // 创建线程
    pthread_create(&tid1, NULL, get_apple, (void *)&monkey1);
    pthread_create(&tid2, NULL, get_apple, (void *)&monkey2);

    // 等待线程退出
    pthread_join(tid1, NULL);
    pthread_join(tid2, NULL);
    
    // 退出信号量
    sem_close(&sem1);
    sem_close(&sem2);

    return 0;
}

执行结果：

过程描述：

1. 第一个猴子拿2个苹果，剩余7个苹果。
2. 第二个猴子拿3个苹果，剩余4个苹果。
3. 第一个猴子拿2个苹果，剩余2个苹果。
4. 第二个猴子想要拿3个苹果，但是苹果不够了，退出。
5. 第一个猴子拿两个苹果，苹果被拿完。
6. 第一个猴子想要拿2个苹果，但是苹果不够了，退出。