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信号量非常类似于互斥,其区别是,信号量可以同时由多个线程使用。信号量是一种计数的互斥锁定。使用信号量,可以定义允许同时访问受旗语锁定保护的资源的线程个数。如果需要限制可以访问可用资源的线程数,信号量就很有用。例如,如果系统有 3 个物理端口可用,就允许 3 个线程同时访问 I/O 端口,但第 4 个线程需要等待前 3 个线程中的一个释放资源。
.NET Core 为信号量功能提供了两个类 Semaphore 和SemaphoreSlim。Semaphore 类可以命名,使用系统范围内的资源,允许在不同进程之间同步。SemaphoreSlim 类是对较短等待时间进行了优化的轻型版本。
在下面的示例应用程序中,在Main()方法中创建了 6 个任务和一个计数为 3 的信号量。在 Semaphore 类的构造函数中,定义了锁定个数的计数,它可以用信号量(第二个参数)来获得,还定义了最初释放的锁定数(第一个参数)。如果第一个参数的值小于第二个参数,它们的差就是已经分配线程的计数值。与互斥一样,也可以给信号量指定名称,使之在不同的进程之间共享。这里定义信号量时没有指定名称,所以它只能在这个进程中使用。在创建了 SemaphoreSlim 对象之后,启动 6个任务,它们都获得了相同的信号量。
class Program { static void Main() { int taskCount = 6; int semaphoreCount = 3; var semaphore = new SemaphoreSlim(semaphoreCount, semaphoreCount); var tasks = new Task[taskCount]; for (int i = 0; i < taskCount; i++) { tasks[i] = Task.Run(() => TaskMain(semaphore)); } Task.WaitAll(tasks); Console.WriteLine("All tasks finished"); } //...
在任务的主方法 TaskMain() 中,任务利用 Wait() 方法锁定信号量。信号量的计数是 3,所以有 3 个任务可以得锁定。第 4 个任务必须等待,这里还定义了最长的等待时间为 600 毫秒。如果在该等待时间过后未能获得,任务就把一条消息写入控制台,在循环中继续等待。只要获得了锁定,线程就把一条消息写入控制台,眠一段时间,然后解除锁定。在解除锁定时,在任何情况下一定要解除资源的锁定,这一点很重要。这就是在 finally 处理程序中调用 SemaphoreSlim 类的 Release() 方法的原因。
//... public static void TaskMain(SemaphoreSlim semaphore) { bool isCompleted = false; while (!isCompleted) { if(semaphore.Wait(600)) { try { Console.WriteLine($"Task {Task.CurrentId} locks the semaphore"); Task.Delay(2000).Wait(); } finally { Console.WriteLine($"Task {Task.CurrentId} releases the semaphore"); semaphore.Release(); isCompleted = true; } } else { Consloe.WriteLine($"Timeout for task {Task.CurrentID}; wait again"); } } }
运行应用程序,可以看到有 4 个线程很快被锁定。ID为 7、8和9 的线程需要等待。该等待会重复进行,直到其中一个被锁定的线程解除了信号量。
Task 4 locks the semaphore Task 5 locks the semaphore Task 6 locks the semaphore Timeout for task 7; wait again Timeout for task 7; wait again Timeout for task 8; wait again Timeout for task 7; wait again Timeout for task 8; wait again Timeout for task 7; wait again Timeout for task 9; wait again Timeout for task 8; wait again Task 5 releases the semaphore Task 7 locks the semaphore Task 6 releases the semaphore Task 4 releases the semaphore Task 8 locks the semaphore Task 9 locks the semaphore Task 8 releases the semaphore Task 7 releases the semaphore Task 9 releases the semaphore All tasks finished
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Task 4 locks the semaphore Task 5 locks the semaphore Task 6 locks the semaphoreTimeout for task 7; wait again Timeout for task 7; wait again Timeout for task 8; wait again Timeout for task 7; wait again Timeout for task 8; wait againTimeout for task 7; wait again Timeout for task 9; wait again Timeout for task 8; wait again Task 5 releases the semaphore Task 7 locks the semaphoreTask 6 releases the semaphore Task 4 releases the semaphore Task 8 locks the semaphore Task 9 locks the semaphoreTask 8 releases the semaphore Task 7 releases the semaphore Task 9 releases the semaphore All tasks finished