• C# 多线程访问之 SemaphoreSlim(信号量)【进阶篇】



    SemaphoreSlim 是对可同时访问某一共享资源或资源池的线程数加以限制的 Semaphore 的轻量替代,也可在等待时间预计很短的情况下用于在单个进程内等待。

    由于 SemaphoreSlim 更加轻量、快速,因此推荐使用,本文也着重介绍。

    一、简介

    相较于线程锁的使一块代码只能一个线程访问,SemaphoreSlim 则是让同一块代码让多个线程同时访问,并且总数量可控。

    SemaphoreSlim 尽可能多地依赖公共语言运行时 (CLR) 提供的同步基元。 还提供延迟初始化、基于内核的等待句柄。

    SemaphoreSlim 也支持使用取消标记,但不支持命名信号量或使用用于同步的等待句柄。

    线程通过调用从 WaitHandle 类中继承的 WaitOne 方法进入信号量,无论对于 System.Threading.Semaphore 对象、SemaphoreSlim.Wait 或 SemaphoreSlim.WaitAsync 方法还是 SemaphoreSlim 对象都适用。

    当调用返回时,信号量计数会减少,当线程请求进入且计数为零时,此线程受到阻止。 线程通过调用 Semaphore.Release 或 SemaphoreSlim.Release 方法释放信号量时,允许受阻线程进入,此时信号量计数会增加。

    受阻线程进入信号量无保证的顺序,比如先进先出 (FIFO) 或按后进先出 (LIFO)。

    二、用法示例

    关于 SemaphoreSlim、Wait()、Release() 的一个示例。

    特别注意:若初始信号量为 0,则需要手动释放(Release())信号量。

    class Program
    {
    private static SemaphoreSlim semaphore;
    private static int padding; // 增加固定时间间隔,使输出更有序
    static void Main(string[] args)
    {
    // 创建 semaphore 对象
    semaphore = new SemaphoreSlim(0, 4); // (初始数量,最大数量)
    Console.WriteLine($"semaphore 中现有 {semaphore.CurrentCount} 个信号量");
    Task[] tasks = new Task[10];
    for (int i = 0; i <= 9; i++)
    {
    tasks[i] = Task.Run(() =>
    {
    Console.WriteLine($"任务 {Task.CurrentId} 准备进入 semaphore");
    int semaphoreCount;
    semaphore.Wait(); // 调用 Wait() 方法,标记等待进入信号量
    try
    {
    Interlocked.Add(ref padding, 100);
    Console.WriteLine($"任务 {Task.CurrentId} 进入 semaphore");
    Thread.Sleep(1000 + padding);
    }
    finally
    {
    semaphoreCount = semaphore.Release(); // 调用 Release() 方法,释放信号量
    // semaphoreCount:释放当前信号量之前的信号量
    }
    Console.WriteLine($"任务 {Task.CurrentId} 完成,释放 semaphore 一个信号量;释放前信号量:{semaphoreCount}");
    });
    }
    Thread.Sleep(500); // 暂时阻塞主线程,让全部线程到位
    Console.Write("主线程调用 Release(4) 释放四个信号量--> ");
    semaphore.Release(4); // 由于初始数量为 0 所以需要手动释放信号量
    Console.WriteLine($"semaphore 现有信号量 {semaphore.CurrentCount}");
    Task.WaitAll(tasks); // 等待全部线程完成
    Console.WriteLine("主线程退出");
    }
    }

     输出结果:

      

     三、属性 or 函数 or 方法释义

    属性-AvailableWaitHandle

      返回一个 WaitHandle 对象,即封装等待对共享资源的独占访问的操作系统对象。

    属性-CurrentCount

      指的是对于 SemaphoreSlim 对象,可以输入信号量的剩余线程数。

      属性的初始值 CurrentCount 由对类构造函数的 SemaphoreSlim 调用设置。 每次对 Wait 或 WaitAsync 方法的调用会递减,并按对 Release 方法的每此调用递增。

    构造方法-SemaphoreSlim(Int32)

    public SemaphoreSlim (int initialCount);

      初始化 SemaphoreSlim 类的新实例,以指定可同时授予的请求的初始数量,但未指定最大请求数。

      若初始数量为 0,则需要手动释放指定数量的信号量;若小于 0,则抛出异常:ArgumentOutOfRangeException。

    构造方法-SemaphoreSlim(Int32, Int32)

    public SemaphoreSlim (int initialCount, int maxCount);

      初始化 SemaphoreSlim 类的新实例,同时指定可同时授予的请求的初始数量和最大数量

      若initialCount 小于 0,或 initialCount 大于 maxCount,或 maxCount 小于等于 0,则抛出异常:ArgumentOutOfRangeException。

    方法-Dispose

       用于释放由 SemaphoreSlim 类的当前实例使用的所有资源。

      SemaphoreSlim 与大多数成员不同,Dispose 不是线程安全的,不能与此实例的其他成员同时使用。

    // 若要释放托管资源和非托管资源,则为 true(缺省默认);
    // 若仅释放非托管资源,则为 false
    protected virtual void Dispose (bool disposing);

     方法-Release

      对 Release() 方法的调用将属性递增一个 CurrentCount 数。 如果在调用此方法之前 CurrentCount 属性值为零,该方法还允许调用 Wait 或 WaitAsync 方法,阻止一个线程或任务进入信号灯。

    // 释放 SemaphoreSlim 对象指定的次数
    public int Release (int releaseCount);

    方法-Wait

      阻止当前线程,直至它可进入 SemaphoreSlim 对象为止。

    // 使用 TimeSpan 来指定超时,同时监视取消动作 CancellationToken
    [System.Runtime.Versioning.UnsupportedOSPlatform("browser")]
    public bool Wait (TimeSpan timeout, System.Threading.CancellationToken cancellationToken);
    // TimeSpan 表示要等待的毫秒数,-1 代表无限等待,0 代表立即返回-测试用例
    // 阻止当前线程,直至它可进入 SemaphoreSlim 为止
    // 并使用 32 位带符号整数来指定超时(-1 代表无限等待),同时监视取消操作 CancellationToken
    [System.Runtime.Versioning.UnsupportedOSPlatform("browser")]
    public bool Wait (int millisecondsTimeout, System.Threading.CancellationToken cancellationToken);
    // 返回值 bool:如果当前线程成功进入 SemaphoreSlim,则为 true;否则为 false
    // 阻止当前线程,直至它可进入 SemaphoreSlim 为止
    [System.Runtime.Versioning.UnsupportedOSPlatform("browser")]
    public void Wait ();

    方法-WaitAsync

      此为 Wait 方法的异步方式,优势在于对线程不会独占,即不会独占当前线程直到释放信号量。

      若将本文第二部分中的代码:(两处修改)

    semaphore.Wait();
    // 1/2 改为以下,异步方式
    semaphore.WaitAsync();
    // 2/2 并记录线程 ID(在如下位置添加一行打印信息)
    try
    {
    Console.WriteLine($"任务 {Task.CurrentId} 进入 semaphore");
    Console.WriteLine($"ProcessorId {Thread.GetCurrentProcessorId()}");// 新增行
    Interlocked.Add(ref padding, 100);
    Thread.Sleep(1000 + padding);
    }

      输出的结果:(可见打印出来的线程 ID 有相同的情况,说明并非独占)

       

    参考官方:SemaphoreSlim 类

    注:个人记录,有问题欢迎指正。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/czzj/p/16866137.html