【.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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