Semaphore、SemaphoreSlim 类
两者都可以限制同时访问某一资源或资源池的线程数。
这里先不扯理论，我们从案例入手，通过示例代码，慢慢深入了解。
Semaphore 类
这里，先列出 Semaphore 类常用的 API。
其构造函数如下：
| 构造函数 | 说明 |
|---|---|
| Semaphore(Int32, Int32) | 初始化 Semaphore 类的新实例，并指定初始入口数和最大并发入口数。 |
| Semaphore(Int32, Int32, String) | 初始化 Semaphore 类的新实例，并指定初始入口数和最大并发入口数，根据需要指定系统信号灯对象的名称。 |
| Semaphore(Int32, Int32, String, Boolean) | 初始化 Semaphore 类的新实例，并指定初始入口数和最大并发入口数，还可以选择指定系统信号量对象的名称，以及指定一个变量来接收指示是否创建了新系统信号量的值。 |
Semaphore 使用纯粹的内核时间(kernel-time)方式(等待时间很短)，并且支持在不同的进程间同步线程(像Mutex)。
Semaphore 常用方法如下：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| Close() | 释放由当前 WaitHandle占用的所有资源。 |
| OpenExisting(String) | 打开指定名称为信号量（如果已经存在）。 |
| Release() | 退出信号量并返回前一个计数。 |
| Release(Int32) | 以指定的次数退出信号量并返回前一个计数。 |
| TryOpenExisting(String, Semaphore) | 打开指定名称为信号量（如果已经存在），并返回指示操作是否成功的值。 |
| WaitOne() | 阻止当前线程，直到当前 WaitHandle 收到信号。 |
| WaitOne(Int32) | 阻止当前线程，直到当前 WaitHandle 收到信号，同时使用 32 位带符号整数指定时间间隔（以毫秒为单位）。 |
| WaitOne(Int32, Boolean) | 阻止当前线程，直到当前的 WaitHandle 收到信号为止，同时使用 32 位带符号整数指定时间间隔，并指定是否在等待之前退出同步域。 |
| WaitOne(TimeSpan) | 阻止当前线程，直到当前实例收到信号，同时使用 TimeSpan 指定时间间隔。 |
| WaitOne(TimeSpan, Boolean) | 阻止当前线程，直到当前实例收到信号为止，同时使用 TimeSpan 指定时间间隔，并指定是否在等待之前退出同步域。 |
示例
我们来直接写代码，这里使用 《原子操作 Interlocked》 中的示例，现在我们要求，采用多个线程执行计算，但是只允许最多三个线程同时执行运行。
使用 Semaphore ，有四个个步骤：
new 实例化 Semaphore，并设置最大线程数、初始化时可进入线程数；
使用 .WaitOne(); 获取进入权限(在获得进入权限前，线程处于阻塞状态)。
离开时使用 Release() 释放占用。
Close() 释放Semaphore 对象。
《原子操作 Interlocked》 中的示例改进如下：
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class Program{ // 求和 private static int sum = 0; private static Semaphore _pool; // 判断十个线程是否结束了。 private static int isComplete = 0; // 第一个程序 static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("执行程序"); // 设置允许最大三个线程进入资源池 // 一开始设置为0，就是初始化时允许几个线程进入 // 这里设置为0，后面按下按键时，可以放通三个线程 _pool = new Semaphore(0, 3); for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(AddOne)); thread.Start(i + 1); } Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red; Console.WriteLine("任意按下键(不要按关机键)，可以打开资源池"); Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White; Console.ReadKey(); // 准许三个线程进入 _pool.Release(3); // 这里没有任何意义，就单纯为了演示查看结果。 // 等待所有线程完成任务 while (true) { if (isComplete >= 10) break; Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); } Console.WriteLine("sum = " + sum); // 释放池 _pool.Close(); } public static void AddOne(object n) { Console.WriteLine($" 线程{(int)n}启动，进入队列"); // 进入队列等待 _pool.WaitOne(); Console.WriteLine($"第{(int)n}个线程进入资源池"); // 进入资源池 for (int i = 0; i < 10; i++) { Interlocked.Add(ref sum, 1); Thread.Sleep(TimeSpan.FromMilliseconds(500)); } // 解除占用的资源池 _pool.Release(); isComplete += 1; Console.WriteLine($" 第{(int)n}个线程退出资源池"); }} |
看着代码有点多，快去运行一下，看看结果。
示例说明
实例化 Semaphore 使用了new Semaphore(0,3); ，其构造函数原型为
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public Semaphore(int initialCount, int maximumCount); |
initialCount 表示一开始允许几个进程进入资源池，如果设置为0，所有线程都不能进入，要一直等资源池放通。
maximumCount 表示最大允许几个线程进入资源池。
Release() 表示退出信号量并返回前一个计数。这个计数指的是资源池还可以进入多少个线程。
可以看一下下面的示例：
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private static Semaphore _pool;static void Main(string[] args){ _pool = new Semaphore(0, 5); _pool.Release(5); new Thread(AddOne).Start(); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10)); _pool.Close();}public static void AddOne(){ _pool.WaitOne(); Thread.Sleep(1000); int count = _pool.Release(); Console.WriteLine("在此线程退出资源池前，资源池还有多少线程可以进入？" + count);} |
信号量
前面我们学习到 Mutex，这个类是全局操作系统起作用的。我们从 Mutex 和 Semphore 中，也看到了 信号量这个东西。
信号量分为两种类型：本地信号量和命名系统信号量。
- 命名系统信号量在整个操作系统中均可见，可用于同步进程的活动。
- 局部信号量仅存在于进程内。
当 name 为 null 或者为空时，Mutex 的信号量时局部信号量，否则 Mutex 的信号量是命名系统信号量。
Semaphore 的话，也是两种情况都有。
如果使用接受名称的构造函数创建 Semaphor 对象，则该对象将与该名称的操作系统信号量关联。
两个构造函数：
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Semaphore(Int32, Int32, String)Semaphore(Int32, Int32, String, Boolean) |
上面的构造函数可以创建多个表示同一命名系统信号量的 Semaphore 对象，并可以使用 OpenExisting 方法打开现有的已命名系统信号量。
我们上面使用的示例就是局部信号量，进程中引用本地 Semaphore 对象的所有线程都可以使用。 每个 Semaphore 对象都是单独的本地信号量。
SemaphoreSlim类
SemaphoreSlim 跟 Semaphore 有啥关系？
微软文档：
SemaphoreSlim 表示对可同时访问资源或资源池的线程数加以限制的 Semaphore 的轻量替代。
SemaphoreSlim 不使用信号量，不支持进程间同步，只能在进程内使用。
它有两个构造函数：
| 构造函数 | 说明 |
|---|---|
| SemaphoreSlim(Int32) | 初始化 SemaphoreSlim 类的新实例，以指定可同时授予的请求的初始数量。 |
| SemaphoreSlim(Int32, Int32) | 初始化 SemaphoreSlim 类的新实例，同时指定可同时授予的请求的初始数量和最大数量。 |
示例
我们改造一下前面 Semaphore 中的示例：
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class Program{ // 求和 private static int sum = 0; private static SemaphoreSlim _pool; // 判断十个线程是否结束了。 private static int isComplete = 0; static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("执行程序"); // 设置允许最大三个线程进入资源池 // 一开始设置为0，就是初始化时允许几个线程进入 // 这里设置为0，后面按下按键时，可以放通三个线程 _pool = new SemaphoreSlim(0, 3); for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(AddOne)); thread.Start(i + 1); } Console.WriteLine("任意按下键(不要按关机键)，可以打开资源池"); Console.ReadKey(); // _pool.Release(3); // 这里没有任何意义，就单纯为了演示查看结果。 // 等待所有线程完成任务 while (true) { if (isComplete >= 10) break; Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); } Console.WriteLine("sum = " + sum); // 释放池 } public static void AddOne(object n) { Console.WriteLine($" 线程{(int)n}启动，进入队列"); // 进入队列等待 _pool.Wait(); Console.WriteLine($"第{(int)n}个线程进入资源池"); // 进入资源池 for (int i = 0; i < 10; i++) { Interlocked.Add(ref sum, 1); Thread.Sleep(TimeSpan.FromMilliseconds(200)); } // 解除占用的资源池 _pool.Release(); isComplete += 1; Console.WriteLine($" 第{(int)n}个线程退出资源池"); }} |
SemaphoreSlim 不需要 Close()。
两者在代码上的区别是就这么简单。
区别
如果使用下面的构造函数实例化 Semaphor(参数name不能为空)，那么创建的对象在整个操作系统内都有效。
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public Semaphore (int initialCount, int maximumCount, string name); |
Semaphorslim 则只在进程内内有效。
SemaphoreSlim 类不会对 Wait、WaitAsync 和 Release 方法的调用强制执行线程或任务标识。
而 Semaphor 类，会对此进行严格监控，如果对应调用数量不一致，会出现异常。
此外，如果使用 SemaphoreSlim(Int32 maximumCount) 构造函数来实例化 SemaphoreSlim 对象，获取其 CurrentCount 属性，其值可能会大于 maximumCount。 编程人员应负责确保调用一个 Wait 或 WaitAsync 方法，便调用一个 Release。
这就好像笔筒里面的笔，没有监控，使用这使用完毕后，都应该将笔放进去。如果原先有10支笔，每次使用不放进去，或者将别的地方的笔放进去，那么最后数量就不是10了。
到此这篇关于C#多线程系列之资源池限制的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持服务器之家。
原文链接：https://www.cnblogs.com/whuanle/p/12728416.html
