C#多线程之Semaphore用法详解

概述

Semaphore 用来控制同时访问特定资源的线程数量，可以用来实现线程的同步和互斥。Semaphore 维护了一个计数器，表示可用的资源数量。每个线程在访问资源之前都需要对 Semaphore 进行等待，如果 Semaphore 的计数器大于 0，则线程可以继续执行，同时 Semaphore 的计数器会减 1，表示当前资源已经被占用。当线程使用完资源时，需要释放资源并增加 Semaphore 的计数器，表示当前资源已经释放，可以被其他线程占用。

Semaphore的使用

Semaphore 的使用需要注意以下步骤：

1. 创建 Semaphore 对象，并指定初始计数器大小，即可用的资源数量。
2. 在需要使用资源的线程中，调用 Semaphore 的 WaitOne 方法来等待资源的空闲。
3. 在使用完资源后，调用 Semaphore 的 Release 方法来释放资源。

示例一：模拟并发下载文件

Semaphore semaphore = new Semaphore(5, 10);

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(DownloadFile, semaphore);
}

private void DownloadFile(object state)
{
    Semaphore semaphore = (Semaphore)state;
    try
    {
        semaphore.WaitOne();
        // 下载文件
    }
    finally
    {
        semaphore.Release();
    }
}

在这个示例中，我们模拟了同时最多只能有 5 个线程下载文件，总共需要下载 10 个文件。使用 Semaphore 可以很方便地实现该功能。

示例二：模拟读写文件

public class FileReadWriteLock
{
    private Semaphore readSemaphore;
    private Semaphore writeSemaphore;
    private int readCount;

    public FileReadWriteLock()
    {
        readSemaphore = new Semaphore(1, 1);
        writeSemaphore = new Semaphore(1, 1);
        readCount = 0;
    }

    public void ReadLock()
    {
        readSemaphore.WaitOne();
        Interlocked.Increment(ref readCount);
        if (readCount == 1)
        {
            writeSemaphore.WaitOne();
        }
        readSemaphore.Release();
    }

    public void ReadUnlock()
    {
        readSemaphore.WaitOne();
        Interlocked.Decrement(ref readCount);
        if (readCount == 0)
        {
            writeSemaphore.Release();
        }
        readSemaphore.Release();
    }

    public void WriteLock()
    {
        writeSemaphore.WaitOne();
    }

    public void WriteUnlock()
    {
        writeSemaphore.Release();
    }
}

在这个示例中，我们实现了一个文件读写锁，可以控制同时只有一个线程可以写文件，多个线程可以同时读文件。通过使用 Semaphore 可以很方便地实现锁的计数和使用。ReadLock()方法为读锁，WriteLock()方法为写锁。

总结

Semaphore 是一个非常有用的多线程控制对象，可以很方便地实现线程的同步和互斥。在实际的开发中，我们应该根据具体的应用场景进行使用，保证代码的性能和可读性。