.Net 下信号量(Semaphore)的一种实现

动机

从开始接触多线（进）程编程模型开始，学习的就是和信号量(Semaphore)相关的同步原语。不知道为什么 .Net Framework 里却没有相应的东东。要命的是, 我以前有很多久经考验的C 代码都是用她来实现的, 为了不使革命先烈的药白吃, 血白流, 只好自己生一个了。

什么是信号量(Semaphore)

如果你已经了解信号量(Semaphore)的概念了，请跳过这一段。

信号量(Semaphore)是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。

我们来看看一个停车场是怎样运作的。为了简单起见，假设停车场只有三个车位，一开始三个车位都是空的。这是如果同时来了五辆车，看门人允许其中三辆不受阻碍的进入，然后放下车拦，剩下的车则必须在入口等待，此后来的车也都不得不在入口处等待。这时，有一辆车离开停车场，看门人得知后，打开车拦，放入一辆，如果又离开两辆，则又可以放入两辆，如此往复。

在这个停车场系统中，车位是公共资源，每辆车好比一个线程，看门人起的就是信号量的作用。

更进一步，信号量的特性如下：信号量是一个非负整数（车位数），所有通过它的线程（车辆）都会将该整数减一（通过它当然是为了使用资源），当该整数值为零时，所有试图通过它的线程都将处于等待状态。在信号量上我们定义两种操作： Wait（等待） 和 Release（释放）。 当一个线程调用Wait等待）操作时，它要么通过然后将信号量减一，要么一自等下去，直到信号量大于一或超时。Release（释放）实际上是在信号量上执行加操作，对应于车辆离开停车场，该操作之所以叫做“释放”是应为加操作实际上是释放了由信号量守护的资源。

实现

大家都知道，.Net Framework类库中提供的线程同步设施包括：

Monitor， AutoResetEvent， ManualResetEvent，Mutex，ReadWriteLock和 InterLock。 其中 AutoResetEvent， ManualResetEvent，Mutex派生自WaitHandler，它们实际上是封装了操作系统提供的内核对象。而其它的应当是在.Net虚拟机中土生土长的。显然来自操作系统内核对象的设施使用起来效率要差一些。不过效率并不是我们这里要考虑的问题，我们将使用两个 Monitor 和 一个ManualResetEvent 对象来模拟一个信号量。

代码如下：

public class Semaphore
{
private ManualResetEvent waitEvent = new ManualResetEvent(false);
private object syncObjWait = new object();
private int maxCount = 1; //最大资源数
private int currentCount = 0; //当前资源数

public Semaphore()
{

}

public Semaphore( int maxCount )
{
this.maxCount = maxCount;
}

public bool Wait()
{
lock( syncObjWait ) //只能一个线程进入下面代码
{
bool waitResult = this.waitEvent.WaitOne(); //在此等待资源数大于零
if( waitResult )
{
lock( this )
{
if( currentCount > 0 )
{
currentCount--;
if( currentCount == 0 )
{
this.waitEvent.Reset();
}

}
else
{
System.Diagnostics.Debug.Assert( false, "Semaphore is not allow current count < 0" );
}
}
}
return waitResult;
}
}

/**//// <summary>
/// 允许超时返回的 Wait 操作
/// </summary>
/// <param name="millisecondsTimeout"></param>
/// <returns></returns>
public bool Wait( int millisecondsTimeout )
{
lock( syncObjWait ) // Monitor 确保该范围类代码在临界区内
{
bool waitResult = this.waitEvent.WaitOne(millisecondsTimeout,false);
if( waitResult )
{
lock( this )
{
if( currentCount > 0 )
{
currentCount--;
if( currentCount == 0 )
{
this.waitEvent.Reset();
}

}
else
{
System.Diagnostics.Debug.Assert( false, "Semaphore is not allow current count < 0" );
}
}
}
return waitResult;
}
}

public bool Release()
{
lock( this ) // Monitor 确保该范围类代码在临界区内
{
currentCount ;
if( currentCount > this.maxCount )
{
currentCount = this.maxCount;
return false;
}
this.waitEvent.Set(); //允许调用Wait的线程进入

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