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[ASP.net教程]【.NET深呼吸】线程信号量(Semaphore)


Semaphore类可以控制某个资源允许访问的线程数,Semaphore有命名式的,也有不命名的;如果不考虑跨进程工作,一般在代码中使用不命名方式即可。

信号量有点类似于等待句柄,某个线程如果调用了WaitOne方法,这个线程就会暂停,并且等待有可用的信号量时才会继续执行;某个线程调用Release方法,就会释放一个信号计数值,每调用一次就释放一个,如果想一次性释放N个信号,可以调用Release(int)重载,把要释放的数量传递给方法参数,但这个数值不能超过Semaphore实例化时所指定的最大值,否则会引发异常。

Semaphore构造函数可以指定允许的最大信号量,以及默认的信号量。声明如下:

Semaphore(int initialCount, int maximumCount);

maximumCount参数指定该对象允许的最大信号量;initialCount参数指定默认值,这个默认值不能超过maximumCount指定的最大值。即该Semaphore实例默认允许多少个线程收到信号(访问资源)。

当某个占用资源的线程调用Release方法后,它会释放出一个或多个信号,这时候,其他等待的线程就可以继续执行。

 

只要是涉及到线程问题都特别难说清楚,相当抽象,相当考验人的理解能力。

比如,图书馆里面有五本《X瓶梅》,但想借这本书的有20人。前面五个人自然很轻松就借到(进入访问圈,这五个线程以外的线程等待),其他人只好等了。

过了几天后,有个家伙通宵看书,终于看完了,因此他还了书,这时候,剩下的15个人看谁的动作快,可以借到刚还回去的这本书。

再过了几天,又有两个人看完了,还书。此时,剩下的14个人中,有两个人可以借得此书。

 

大概的原理就是这样,下面看看例子。

  class Program  {    // 生成随机数,以延迟每个任务的执行时间    static Random rand = new Random();    // 声明Semaphore变量,以控制线程信号量    static Semaphore sm = null;    static void Main(string[] args)    {      sm = new Semaphore(1, 4); //实例化      // 启动10个任务      for (int i = 0; i < 10; i++)      {        Task t = new Task(DoWork, "任务" + (i + 1));        t.Start();      }      // 防止DOS窗口立即退出      Console.Read();    }    private static async void DoWork(object p)    {      sm.WaitOne(); //等待花开      string tn = p?.ToString();      Console.WriteLine($"{tn} 已获得访问。");      await Task.Delay(rand.Next(1, 10) * 1000);      // 释放      sm.Release(); //花谢了      Console.WriteLine($"{tn}已释放。");    }  }

 

多线程开发我最喜欢用Task类,方便简单强大好用高大上,而且它还能自行处理CPU多个核的问题。在上面例子中,有10个任务要执行,但我所实例化的Semaphore对象给的最大访问线程数为4,而默认状态下只允许1个线程同时访问。

所以,10个任务启动后,其中一个会抢到访问权,其他任务就等吧。这时候Semaphore对象可访问数为0。因为默认只允许1,现在有一个线程抢了,所以剩下就是0个访问权了。

当这个抢到访问权的任务调用Release方法后,访问权被释放,这时候剩下的9个任务就开始抢,谁抢到谁就执行……依此类推。

 

看看运行结果。

 

任务1手快,它先抢到了访问权,于是它dododo,do完后,调用Release方法释放,然后任务3人品好,就抢到了访问权,然后XXXXX,X完后调用Release释放。其他线程继续抢……

 

估计看完以上例子后,大家应该有点头绪了。

现在,我们把上面的代码改一下,在初始化Semaphore对象时的默认值从1改为3。

sm = new Semaphore(3, 4);

默认允许3个线程同时访问资源,最大数量为4。

然后再次运行,结果如下:

 

因为默认允许3个线程同时进入,所以在输出结果中,前面三个任务都能获取访问权,而其他的任务只能等待机会。当前面已获得资源的三个任务中有一个或者N个进行释放后,剩下的任务又开始抢机会。

 

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