深入了解C# 信号量和互斥体

信号量（Semaphore）

信号量是一种线程同步工具，它可以在多个线程之间控制对资源的访问。Semaphore（信号量）在C#中，可以通过Semaphore类来实现。

基本概念

Semaphore可以理解为一个计数器，用于记录可同时访问某个资源的线程数量。假设信号量的值为n，那么前n个线程可以同时访问资源，第n+1个线程需要等待其中之一执行完毕后才能访问资源。

创建Semaphore实例

在C#中，可以使用Semaphore类创建Semaphore实例。Semaphore类提供了3个构造函数：

• Semaphore(int initialCount, int maximumCount)：初始值和最大值相等
• Semaphore(int initialCount, int maximumCount, string name)：带名称的信号量
• Semaphore(int initialCount, int maximumCount, string name, out bool createdNew)：返回布尔值表示信号量是否已经创建

下面是一个创建Semaphore实例的示例代码：

Semaphore semaphore = new Semaphore(0, 3);

该代码创建了一个最大值为3的信号量，并将初始值设置为0。

使用Semaphore实现线程同步

下面是一个示例代码，使用Semaphore实现线程同步：

class Program
{
    static Semaphore semaphore = new Semaphore(0, 3); // 创建信号量，最大值为3，初始值为0

    static void Main(string[] args)
    {
        new Thread(Work).Start();
        new Thread(Work).Start();
        new Thread(Work).Start();

        Console.ReadLine();
    }

    static void Work()
    {
        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "开始工作");

        semaphore.WaitOne(); // 等待信号量

        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "获得了信号量，开始执行");

        Thread.Sleep(3000);

        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "执行完毕");

        semaphore.Release(); // 释放信号量
    }
}

上述代码中，semaphore.WaitOne()是等待该信号量，当有一个线程完成计数后，会释放一个信号量，并唤醒WaitOne()等待的线程。而semaphore.Release()则是释放一个信号量。

Semaphore的应用场景

Semaphore的应用场景主要是限制并发访问量，例如文件系统中的并发文件读写操作、数据库的并发访问等。

互斥体（Mutex）

Mutex也是一种线程同步工具，它也可以在多个线程之间控制对资源的访问。Mutex常常用于保护共享资源，尤其是在多个进程中访问共享资源时。Mutex在C#中，可以通过Mutex类来实现。

基本概念

Mutex是一个互斥锁，它只允许一个线程访问受保护的资源。它是一种较重的线程同步机制，因为它可能会导致线程的上下文切换。比如，如果某个线程获得了Mutex，并且正在使用受保护的资源，那么其他线程就必须等待该线程释放Mutex后才能获得Mutex。

创建Mutex实例

在C#中，可以使用Mutex类创建Mutex实例。Mutex类提供了3个构造函数：

• Mutex()：未命名的互斥体
• Mutex(bool initiallyOwned)：带初始状态的互斥体
• Mutex(bool initiallyOwned, string name)：带名称的互斥体

下面是一个创建Mutex实例的示例代码：

Mutex mutex = new Mutex();

使用Mutex实现线程同步

下面是一个示例代码，使用Mutex实现线程同步：

class Program
{
    static Mutex mutex = new Mutex(); // 创建互斥体

    static void Main(string[] args)
    {
        new Thread(Work).Start();
        new Thread(Work).Start();

        Console.ReadLine();
    }

    static void Work()
    {
        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "开始工作");

        mutex.WaitOne(); // 等待互斥体

        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "获得了互斥体，开始执行");

        Thread.Sleep(3000);

        Console.WriteLine(Thread.CurrentThread.Name + "执行完毕");

        mutex.ReleaseMutex(); // 释放互斥体
    }
}

上述代码中，mutex.WaitOne()是等待该互斥体，当有一个线程完成访问后，会释放该互斥体，并唤醒WaitOne()等待的线程。而mutex.ReleaseMutex()则是释放该互斥体。

Mutex的应用场景

Mutex的应用场景主要是保护共享资源，例如多个线程或进程对同一文件进行访问、多个线程或进程对同一数据库进行访问等。

总结

Semaphore和Mutex都是线程同步机制，它们各有其应用场景，C#语言提供了Semaphore和Mutex的支持，方便开发人员进行资源的管理和控制。