c#之信号量Semaphore

学习目标：

在工作中用到信号量，记录一下

一、概念

Semaphore 一般译作信号量，它也是一种线程同步工具，主要用于多个线程对共享资源进行并行操作的一种工具类。它代表了一种许可的概念，是否允许多线程对同一资源进行操作的许可，使用 Semaphore 可以控制并发访问资源的线程个数。

注意本片引入一个比喻；信号量就是你要去一个房间但是有一个门卫在房间门口检查；

二、基础使用

2.1初始化 public Semaphore(int initialCount, int maximumCount);

参数 1：initialCount 初始可用资源数

参数initialCount是设置默认最多可以有几个访问，也是设置初始有多少；比如你设置2，那就是最开始就有2个资源可以用可以去访问，不用等释放；但是最多也是只有同时2个访问；也就是一开始门卫就允许2个人进去，而且也规定了门卫一次只允许2个人进去房间，

参数 2：maximumCount 最大资源上限

含义：信号量计数器能达到的最大值，封顶值
硬性规则：每次调用 Release(n) 会把计数器 +n；如果相加后新计数 > maximumCount → 直接抛出 SemaphoreFullException 报错。
作用：限流保护，防止无限释放资源导致并发失控

比如你设置了5，信号量计数器能达到的最大值最多就是只能是5；也就是门卫只允许最多同时有5个人在房间附近而且包括了在房间里的；你得从房间走了1个才能再来一个；

2.2 阻塞，等待允许访问的信号量 s.WaitOne()

WaitOne()其实是做减法；一条指令就是减一；就相当于门卫一次只允许同时两个人进去，进去一个人就少一个名额；名额减少到了0那就要排队等；

2.3 s.Release(int x) 释放资源

这个相当于叫人来排队；但是要注意门卫的可接受最多人数；比如设置了（3，7），已经有3个人在访问了，在这三个人干完活之后，这时候只能最多再叫3个人来排队，理论上来说就是s.WaitOne()多少就s.Release()多少

三、使用场景

信号量有两种使用场景，一种是并发限流也就是控制多少个线程可以访问一个方法；还有是生产者消费者任务通知；

3.1 并发限流

多线程抢固定名额，WaitOne 和 Release 必须成对，基础格式如下：

WaitOne()：占用 1 个名额，计数器 -1
执行需要限流的耗时逻辑
Release(1)：归还名额，计数器 +1

然后多个线程一起执行这个方法，但是因为规定了最多是5，所以虽然创建了一百个但是制最多只能有五个线程执行，之后要等一个线程执行完了才到下一个；
cs 复制代码
Semaphore s = new Semaphore(5,5);
void TaskWork()
{
    s.WaitOne(); // 抢名额
    try
    {
        // 并发受限的业务代码
        Thread.Sleep(2000);
    }
    finally
    {
        s.Release(1); // 用完必须归还
    }
}


/////////////////////
 int p = 0;
            Thread x;
            for(int i=0;i<100;i++)
            {
                x = new Thread(TaskWork);
                x.Start();
               
            }

3.2 生产者消费者任务通知

生产者放任务 Release，消费者取任务 WaitOne，消费者不 Release

生产者（addTaskThread / 界面按钮）：往队列加任务 → Release(n)，计数器 +n
消费者（唯一通信线程）：WaitOne() 计数器 -n，取出任务执行
消费者执行完任务不归还资源

关键特征

不对称：生产者 Release，消费者只 Wait 不 Release；
全程只有1 个消费线程，不存在并发控制；
initialCount 固定 0，启动无任务直接阻塞；
maximumCount 是任务堆积上限，不是线程上限。

cs 复制代码

// 生产者：新增任务
lock(lockObj)
{
    queue.Enqueue(task);
}
_TaskSemaphore.Release(1);

// 消费者（单一线程循环）
Task.Run（（）=>{
while(true)
{
    _TaskSemaphore.WaitOne();
    lock(lockObj)
    {
        var task = queue.Dequeue();
    }
    // 执行Modbus通信，没有Release
}
}）；

3.3 特殊的一种

一个按钮就是干活，但是点了超过5次就不会输入ok，只有点击另外一个按钮Release一个才会继续输出ok；

cs 复制代码

Semaphore s = new Semaphore(5,5);
        private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            Task.Run(() =>
            {
                s.WaitOne();
                Console.WriteLine("ok");
            }
            );
           
        }

        private void button5_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            s.Release(1);
        }

学习时间：

26.07.13