C#中并发编程 --- 信号量线程同步

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C#中并发编程 --- 信号量线程同步

在C#中，信号量（Semaphore）是用于控制访问共享资源的并发线程数量的同步原语。信号量通常有一个非负整数计数器，表示当前可用的资源数量。当线程想要访问共享资源时，它会尝试从信号量中获取一个许可（permit）。如果计数器大于零，则许可被消耗并且计数器减一，线程可以继续执行。如果计数器为零，则线程必须等待，直到其他线程释放许可（即增加计数器）。

在C#中，`System.Threading` 命名空间提供了 `SemaphoreSlim` 类，它是一个轻量级的信号量实现，适用于等待时间较短的同步操作。

以下是一个使用 `SemaphoreSlim` 进行线程同步的简单示例：

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    // 创建一个信号量，初始许可数为3
    private static SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(3);

    static void Main(string[] args)
    {
        // 启动10个线程尝试访问共享资源
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            Task.Run(() => AccessResource());
        }

        // 等待所有任务完成
        Task.WaitAll(new Task[10]);

        Console.WriteLine("所有任务已完成。");
    }

    static async Task AccessResource()
    {
        // 等待获取一个许可
        await semaphore.WaitAsync();

        try
        {
            // 模拟访问共享资源
            Console.WriteLine($"线程 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 进入资源区");
            // ... 在这里执行访问共享资源的代码 ...
            Thread.Sleep(2000); // 模拟耗时操作
            Console.WriteLine($"线程 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 离开资源区");
        }
        finally
        {
            // 释放许可
            semaphore.Release();
        }
    }
}

在上面的示例中，我们创建了一个初始计数为3的 `SemaphoreSlim` 实例。然后，我们启动了10个线程来模拟访问共享资源。每个线程在访问资源之前都会调用 `semaphore.WaitAsync()` 来等待获取一个许可。由于初始许可数为3，所以前三个线程会立即获得许可并进入资源区，而后续线程则必须等待，直到有线程释放许可。每个线程在访问完资源后都会调用 `semaphore.Release()` 来释放许可，从而允许其他等待的线程进入资源区。

注意，在上面的示例中，我们使用了 `await semaphore.WaitAsync();` 来异步等待获取许可。这样做的好处是，在等待期间线程不会被阻塞，而是会释放其执行上下文（即挂起），从而允许其他线程在操作系统层面上继续执行。这有助于提高系统的吞吐量和响应性。当然，如果你不需要异步等待，也可以使用 `semaphore.Wait()` 方法来同步等待获取许可。

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