信号量

信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。

信号量的概念

Semaphore分为单值和多值两种，前者只能被一个线程获得，后者可以被若干个线程获得。

以一个停车场是运作为例。为了简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆不受阻碍的进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入一辆，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。

在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，看门人起的就是信号量的作用。

更进一步，信号量的特性如下：信号量是一个非负整数（车位数），所有通过它的线程（车辆）都会将该整数减一（通过它当然是为了使用资源），当该整数值为零时，所有试图通过它的线程都将处于等待状态。在信号量上我们定义两种操作： Wait（等待） 和 Release（释放）。 当一个线程调用Wait（等待）操作时，它要么通过然后将信号量减一，要么一直等下去，直到信号量大于一或超时。Release（释放）实际上是在信号量上执行加操作，对应于车辆离开停车场，该操作之所以叫做“释放”是因为加操作实际上是释放了由信号量守护的资源。

信号量的实现

大家都知道，.Net Framework类库中提供的线程同步设施包括：

Monitor， AutoResetEvent， ManualResetEvent，Mutex，ReadWriteLock和 InterLock。 其中 AutoResetEvent， ManualResetEvent，Mutex派生自WaitHandler，它们实际上是封装了操作系统提供的内核对象。而其它的应当是在.Net虚拟机中土生土长的。显然来自操作系统内核对象的设施使用起来效率要差一些。不过效率并不是我们这里要考虑的问题，我们将使用两个 Monitor 和 一个ManualResetEvent 对象来模拟一个信号量。

代码如下：

public class Semaphore

{

private ManualResetEvent waitEvent = new ManualResetEvent(false);

private object syncObjWait = new object();

private int maxCount = 1; file://最大资源数

private int currentCount = 0; file://当前资源数

public Semaphore()

{

}

public Semaphore( int maxCount )

{

this.maxCount = maxCount;

}

public bool Wait()

{

lock( syncObjWait ) file://只能一个线程进入下面代码

{

bool waitResult = this.waitEvent.WaitOne(); file://在此等待资源数大于零

if( waitResult )

{

lock( this )

{

if( currentCount > 0 )

{

currentCount--;

if( currentCount == 0 )

{

this.waitEvent.Reset();

}

}

else

{

System.Diagnostics.Debug.Assert( false, "Semaphore is not allow current count < 0" );

}

}

}

return waitResult;

}

}

/**//// <summary>

/// 允许超时返回的 Wait 操作

/// </summary>

/// <param name="millisecondsTimeout"></param>

/// <returns></returns>

public bool Wait( int millisecondsTimeout )

{

lock( syncObjWait ) // Monitor 确保该范围类代码在临界区内

{

bool waitResult = this.waitEvent.WaitOne(millisecondsTimeout,false);

if( waitResult )

{

lock( this )

{

if( currentCount > 0 )

{

currentCount--;

if( currentCount == 0 )

{

this.waitEvent.Reset();

}

}

else

{

System.Diagnostics.Debug.Assert( false, "Semaphore is not allow current count < 0" );

}

}

}

return waitResult;

}

}

public bool Release()

{

lock( this ) // Monitor 确保该范围类代码在临界区内

{

currentCount++;

if( currentCount > this.maxCount )

{

currentCount = this.maxCount;

return false;

}

this.waitEvent.Set(); file://允许调用Wait的线程进入

}

return true;

}

}