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简介
在C#中，信号量（Semaphore）是.NET框架提供的一个同步类，位于System.Threading命名空间下，用于控制并发访问特定资源的线程数量。它是一种更灵活的线程同步机制，通过维护一个计数器来管理资源的可用性。
信号量的工作原理
初始化时，可以指定一个初始计数值，这个值表示可以同时访问共享资源的线程数。
- 当线程调用
WaitOne()方法时，如果信号量计数器大于0，则计数器减1，并允许线程继续执行；若计数器为0，则线程被阻塞并等待其他线程释放信号量。 - 通过调用
Release()方法，可以增加信号量的计数值，从而允许一个或多个等待中的线程获取信号量并继续执行。
使用场景
- 资源池管理：例如，限制数据库连接池中同时活动的连接数，以防止过多连接导致系统过载。
- 互斥锁（Mutex）替代：当信号量初始化为1时，它相当于一个互斥锁，确保同一时间只有一个线程能访问临界区。
- 多线程同步：对于可同时由多个线程使用的有限资源，如许可、通道容量等，可以通过设置适当的信号量计数值来协调多个线程的并发访问。
使用示例
csharp
using System.Threading;
// 创建一个最多允许5个线程同时访问的信号量
Semaphore semaphore = new Semaphore(5, 5); // 第一个参数是初始信号量，第二个参数是最大信号量
void AccessResource()
{
// 尝试获取信号量
semaphore.WaitOne();
try
{
// 这里是临界区，只有拿到信号量的线程才能进入
// 执行对共享资源的操作...
}
finally
{
// 资源操作完毕后，释放信号量
semaphore.Release();
}
}
// 在多个线程中调用AccessResource()函数
// ...在上述代码中，Semaphore(5, 5)创建了一个信号量，初始和最大并发访问数均为5。当超过5个线程尝试访问资源时，额外的线程将会阻塞直到有其他线程完成操作并释放信号量。每个成功获取信号量的线程在完成资源访问后都会调用Release()将信号量递增，以便后续线程继续访问。
其他使用实例
1. 数据库连接池管理
csharp
Semaphore connectionSemaphore = new Semaphore(10, 10); // 最多允许10个并发连接
void ExecuteQuery()
{
connectionSemaphore.WaitOne();
try
{
var connection = GetDatabaseConnection(); // 获取数据库连接
// 执行SQL查询...
}
finally
{
ReleaseDatabaseConnection(connection); // 释放数据库连接
connectionSemaphore.Release();
}
}
// 多线程环境下，多个线程调用ExecuteQuery()函数执行数据库操作2. 文件读写同步
csharp
Semaphore fileSemaphore = new Semaphore(1, 1); // 文件操作为互斥，同一时间仅允许一个线程访问
void WriteToFile(string content)
{
fileSemaphore.WaitOne();
try
{
using (var writer = new StreamWriter("file.txt"))
{
writer.WriteLine(content);
}
}
finally
{
fileSemaphore.Release();
}
}
// 多线程环境下，同时写入文件但不会产生数据混乱3. 生产者消费者问题
csharp
Semaphore bufferSemaphore = new Semaphore(10, 10); // 缓冲区大小为10
void Producer()
{
var item = CreateItem();
bufferSemaphore.WaitOne();
try
{
Buffer.Add(item); // 将产品放入缓冲区
}
finally
{
bufferSemaphore.Release();
}
}
void Consumer()
{
bufferSemaphore.WaitOne();
try
{
var item = Buffer.Take(); // 从缓冲区取出产品进行消费
Consume(item);
}
finally
{
bufferSemaphore.Release();
}
}
// 生产者和消费者线程通过信号量控制对缓冲区的存取操作4. 打印任务队列同步
csharp
Semaphore printerSemaphore = new Semaphore(1, 1); // 打印机为独占资源
void PrintJob()
{
printerSemaphore.WaitOne();
try
{
SendToPrinter(JobQueue.Dequeue()); // 从打印任务队列中取出并发送打印任务
}
finally
{
printerSemaphore.Release();
}
}
// 多线程环境下，打印机按顺序处理打印任务，避免任务冲突5. Web服务器并发请求限制
csharp
Semaphore requestSemaphore = new Semaphore(100, 100); // 同时处理的最大请求数为100
async Task HandleHttpRequest(HttpRequest request)
{
requestSemaphore.WaitOne();
try
{
await ProcessRequestAsync(request); // 处理HTTP请求
}
finally
{
requestSemaphore.Release();
}
}
// Web服务器使用信号量限制同时处理的并发请求数量，防止过多请求导致系统过载python推荐学习汇总连接：
50个开发必备的Python经典脚本(1-10)
最后我们放松一下眼睛
