信号量(Semaphore)

semaphore

　　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。 
　　什么是信号量(Semaphore0
　　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。这是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，要么一自等下去，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”是应为加操作实际上是释放了由信号量守护的资源。
　　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;
　　     }
　　}