.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
            }
            return true;
        }

    }