C#并行编程之信号量

下面将详细讲解C#并行编程之信号量的完整攻略。

1. 什么是信号量

信号量是一种常见的线程同步机制，它可以限制同时访问共享资源的线程数量。在C# 中，我们可以通过System.Threading.Semaphore类来实现信号量机制。

2. 如何使用信号量

使用Semaphore类，可以在C# 中实现信号量机制。Semaphore类提供两个主要的方法WaitOne和 Release来控制对共享资源的访问。

2.1 WaitOne方法

WaitOne方法用于启用一个线程来等待信号量。它表示一个线程正在等待一个信号量可用，该方法将当前线程阻塞，直到信号量计数器的值大于零或发生异常，或者指定的时间已过。

Semaphore semaphore = new Semaphore(5, 5); //创建一个初始计数为5，最大计数为5的信号量
semaphore.WaitOne(); //等待当前线程能够进入临界区

2.2 Release方法

Release方法用于释放一个被等待的线程。它表示一个线程已经访问到了某个共享资源，该方法将信号量计数器的值加1。如果有其它线程正在等待信号量，则会有一个线程被允许访问该共享资源。

semaphore.Release(); //释放当前线程对于临界区的访问

3. 实例说明

下面来看两个示例说明Semaphore类的使用。

3.1 限制同时在线用户数量

下面这个示例演示了如何使用信号量来控制同时在线用户数。在这个示例中，我们创建了一个初始计数为2的信号量，表示最多可能有2个用户同时在线。如果有更多的用户试图登录系统，他们就需要等待前面的用户退出才能成功登录。

Semaphore semaphore = new Semaphore(2, 2); //创建一个初始计数为2，最大计数为2的信号量

void Login()
{
    //等待进入临界区
    semaphore.WaitOne(); //只有在有额外空间时才能够成功
    try
    {
        //模拟用户登录
        Console.WriteLine("User logged in.");
    }
    finally
    {
        //离开临界区
        semaphore.Release();
    }
}

3.2 读写文件的线程同步

下面这个示例演示了如何使用信号量来保护文件读写，以确保多个线程不会同时访问同一个文件。在这个示例中，我们为文件访问创建了一个信号量，并在访问文件时使用WaitOne和Release方法。

//创建一个信号量，用于保护文件访问
Semaphore semaphore = new Semaphore(1, 1);

void ReadFile()
{
    //等待进入临界区
    semaphore.WaitOne();
    try
    {
        //访问文件
        Console.WriteLine("Read file...");
    }
    finally
    {
        //离开临界区
        semaphore.Release();
    }
}

void WriteFile()
{
    //等待进入临界区
    semaphore.WaitOne();
    try
    {
        //访问文件
        Console.WriteLine("Write file...");
    }
    finally
    {
        //离开临界区
        semaphore.Release();
    }
}

在上述示例中，我们创建了一个初始计数为1，最大计数为1的信号量。这意味着只有一个线程可以访问文件。如果有其他线程尝试访问该文件，它们将需要等待，直到前面的线程退出并释放信号量。

4. 总结

本文介绍了C#中使用信号量来实现线程同步的方法。我们可以使用Semaphore类的方法WaitOne和Release来控制对共享资源的访问。具体来说，我们可以使用信号量来限制同时在线用户数量、保护文件读写、控制线程池的并发性等。