C#中Semaphore 和 CountdownEvent 的使用总结

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，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量。一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量。其它想进入该关键代码段的线程必须等待直到第一个线程释放信号量。以下主要介绍C#中Semaphore 和 CountdownEvent 的使用。

1、Semaphore 和 CountdownEvent的使用

1）Semaphore

Semaphore 限制可同时访问某一资源或资源池的线程数。.NET中的信号量（Semaphore）是操作系统维持的一个整数。当整数位0时。其他线程无法进入。当整数大于0时，线程可以进入。每当一个线程进入，整数-1，线程退出后整数+1。整数不能超过信号量的最大请求数。信号量在初始化的时候可以指定这个整数的初始值。System.Threading.Semaphore类的构造函数的两个参数第一个就是信号量的内部整数初始值，也就是初始请求数，第二个参数就是最大请求数。

2）CountdownEvent

System.Threading.CountdownEvent 是在收到信号特定次数后取消阻止等待线程的同步基元。 CountdownEvent 适用于以下情况：不得不先使用 ManualResetEvent 或 ManualResetEventSlim 并手动递减变量，然后再向事件发出信号。 CountdownEvent 表示在计数变为0时处于有信号状态的同步基元，通过信号机制CountdownEvent当有新的需要同步的任务产生时，就调用AddCount增加它的计数，当有任务到达同步点是，就调用Signal函数减小它的计数，当CountdownEvent的计数为零时，就表示所有需要同步的任务已经完成。CountDownEvent与Barrier相似，所不同的是，CountDownEvent调用成员函数Wait()将阻塞，直至成员函数Signal() 被调用达特定的次数，这时CountDownEvent称作就绪态，对于处于就绪态的CountDownEvent，调用Wait()函数将不会再阻塞，只有手动调用Reset()函数后，调用Wait()函数将再次阻塞。CountDownEvent可以通过TryAddCount()和AddCount()函数来增加函数Signal() 需被调用的次数，但只有当CountDownEvent处于未就绪态时才会成功。否则根据调用函数的不同，将有可能抛出异常。

2、Semaphore的使用

.NET中的信号量（Semaphore）是操作系统维持的一个整数。当整数位0时。其他线程无法进入。当整数大于0时，线程可以进入。每当一个线程进入，整数-1，线程退出后整数+1。整数不能超过信号量的最大请求数。信号量在初始化的时候可以指定这个整数的初始值。System.Threading.Semaphore类的构造函数的两个参数第一个就是信号量的内部整数初始值，也就是初始请求数，第二个参数就是最大请求数。

using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication
{
    class Program
    {
        // 一个模拟有限资源池的信号量。
        //
        private static Semaphore _pool;
        // 填充Thread.Sleep()间隔，使输出更有序。
        private static int _padding;
        public static void Main()
        {
            //创建一个信号量，这个信号量最多可以满足三个信号量
            //并发请求。初始计数为0，
            //整个信号量计数是初始的
            //主程序线程拥有。
            //
            _pool = new Semaphore(0, 3);
 
            // 创建并启动五个线程。
            //
            for (int i = 1; i <= 5; i++)
            {
                Thread t = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Worker));
 
                // 启动线程，传递编号。
                t.Start(i);
            }
 
            //等待半秒钟，让所有的线程启动和阻塞信号量。
            Thread.Sleep(500);
 
            //主线程开始持有整个信号量计数。
            // 调用Release(3)带来返回信号量的最大值允许等待的线程进入信号量，一次最多3个。
            Console.WriteLine("主线程调用 Release(3)");
            _pool.Release(3);
 
            Console.WriteLine("主线程退出");
            Console.ReadKey();
        }
 
        private static void Worker(object num)
        {
            //每个工作线程开始请求信号量
            Console.WriteLine("Thread {0} 开始 " +
                "等待信号量", num);
            _pool.WaitOne();
            // 填充Thread.Sleep()间隔，使输出更有序。
            int padding = Interlocked.Add(ref _padding, 100);
            Console.WriteLine("Thread {0} 进入信号量", num);
            Thread.Sleep(1000 + padding);
            Console.WriteLine("Thread {0} releases the semaphore.", num);
            Console.WriteLine("Thread {0} 之前的信号量计数: {1}",
                num, _pool.Release());
        }
    }
 
}

3、CountdownEvent的使用

CountDownEvent调用成员函数Wait()将阻塞，直至成员函数Signal()被调用达特定的次数，这时CountDownEvent称作就绪态，对于处于就绪态的CountDownEvent，调用Wait()函数将不会再阻塞，只有手动调用Reset()函数后，调用Wait()函数将再次阻塞。CountDownEvent可以通过TryAddCount()和AddCount()函数来增加函数Signal()需被调用的次数，但只有当CountDownEvent处于未就绪态时才会成功。否则根据调用函数的不同，将有可能抛出异常。

例如，

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
 
namespace ConsoleApplication
{
    class Program
    {
        static CountdownEvent _count = new CountdownEvent(3);
        static void Main(string[] args)
        {
            Task.Factory.StartNew(() =>
            {
 
                Thread.Sleep(500);
                Console.WriteLine("thread 1 complete");
                _count.Signal();
 
            });
 
            Task.Factory.StartNew(() =>
            {
 
                Thread.Sleep(1000);
                Console.WriteLine("thread 2 complete");
                _count.Signal();
 
            });
 
            Task.Factory.StartNew(() =>
            {
 
                Thread.Sleep(2000);
                Console.WriteLine("thread 3 complete");
                _count.Signal();
 
            });
 
            //_count.AddCount();//调用AddCount增加计数
            Console.WriteLine("waiting tasks....");
            _count.Wait();
            Console.WriteLine("all task completed");
 
 
            Console.ReadKey();
        }
    }
}