C#线程同步（5）- 信号量 Semaphore

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预备知识：C#线程同步（1）- 临界区＆Lock，C#线程同步（2）- 临界区＆Monitor，C#线程同步（3）- 互斥量 Mutex，C#线程同步（4）- 通知＆EventWaitHandle一家

　　这次终于不用说太多话了，某人看这一系列博客的反应总是“好长……”，以至于都不愿意看下去。在这一系列开篇之前，本想应该一、两个星期就能解决，结果每篇总要花上一星期左右。总想把涉及的所有方面都讲得尽量清楚明白，希望容易被看懂。于是总是不断陷于考虑如何串联各处的关系、要写个怎样的例子、细细考量MSDN的每一句话是否妥当……能做的无用的事情也就这点儿，所以还是努力地督促着自己要尽快完成。

　　呵呵，还是回到正题。信号量也算是个鼎鼎大名的东西吧，提到互斥量总会说起信号量。二者的差别很简单，互斥量、临界区是用于保护“一个”需要被互斥访问的资源，这个资源同时只有一个线程能被访问；而信号量可以被用于管理“资源池”。在.Net中Semaphore类就是对Windows信号量的封装。

跟谁更亲，Mutex还是EventWaitHandle？

　　本系列的第3篇Mutex、第4篇EventWaitHandle都提到过Semaphore，因为它们同继承于WaitHandle。所以Semaphore必然有着一些我们已经知道的特性：

• 你可以创建没有名称的“局部”信号量，也可以创建命名的“全局”信号量用于跨应用程序域的同步。
• 你可以用WaitOne()请求一个资源。
• 你需要使用try/finally结构调用“Close()”，确保信号量资源在使用后被正确释放。
• 你仍然需要注意在全局情况下Semaphore的访问安全问题。

　　总的来说，Semaphore与Mutex更像是兄弟，仍然与EventWaitHandle一脉不太亲近：

• Semaphore从机制上来说跟Mutex一样属于“锁”而不是“通知”，因此跟Mutex一样几乎没有“通知”的能力。
• 举个不恰当但是很形象的例子，Semaphore就是一个可以多次进入的“Mutex”。Mutex永远只允许一个线程拥有它，而Semaphore可以允许多个线程请求，因此Semaphore被用于管理一次可以允许多个线程进入并发访问资源的情况。之所以说“不恰当”，是因为一旦允许多个线程访问资源，那么这时候的资源一定不是互斥资源，相应的代码段也不再是“临界区”。你千万不要以为我们在上一篇中提到的“糖罐”里有多颗糖就叫做“资源池”（都说过了嘛一个糖罐一定是需要互斥访问的），除非你有多个糖罐而不是多颗糖。
• 因为Semaphore与Mutex在请求数量上的不同，因此他们的线程相关性是不同的。这一点，Semaphore到跟EventWaitHandle一样，它是线程无关的。也就是说对Semaphore地释放者可以不定是Semaphore的拥有者。比如说我可以是消费者线程总使用WaitOne()请求线程池中的资源从来不需要释放，而生产者总是Release线程池中的资源而从来不请求。

Semaphore的使用方法

　　如果你已经读过这个系列前面4篇的博文，我想到此为止你已经对Semapore的来龙去脉、性格特点掌握得八九不离十了。就像开篇所说，这次我们我们不要再废很多话来讨论它，大致应该知道的细节，除了上面我们说的差异，都已经在之前各篇讲过了。

　　所以我决定要偷懒了：

• Semaphore的构造函数在 这里，是的你会觉得已经很熟悉了，一望而知其意。其它的，请仍然记得命名前缀的问题；记得名称仍然是大小写敏感的；最后别忘记使用SemaphoreSecurity类来管理命名信号量的安全。
• Semaphore仍然使用WaitOne()请求资源，接口都来自WaitHandle，你已经看过很多遍了。
• Semaphore使用Release()来表示对资源的释放，不过与ReleaseMutex()不同，这个函数有重载方法允许你指定释放几个资源。这引发了一个问题，如果Release的次数超过资源总量，那么会引发SemaphoreFullException异常。比如线程A和线程B都进入信号量。如果线程B中发生了一个编程错误，导致它调用Release()两次（或者Release(2)），则两次调用都会成功。这样，信号量的计数就已经达到了最大值，所以，当线程A最终调用Release时将引发异常。这相当于本来资源中只有N个资源，最后却有超过N个资源被还回来。
• 记得使用完以后调用Close()释放信号量资源。

Sample Code

　　嘿嘿，没有。因为我实在想不出有什么特别适合Sempore的简单例子，总不能把Mutex那个应用程序单例的例子改成允许启动指定个数吧。等想到了，再来补上吧。就请先参见MSDN上的相关示例代码吧。