動機
從開始接觸多線（進）程程式設計模型開始，學習的就是和信號量(Semaphore)相關的同步原語。不知道為什麼.Net Framework 裡卻沒有對應的東東。要命的是, 我以前有很多久經考驗的C++代碼都是用她來實現的, 為了不使革命先烈的藥白吃, 血白流, 只好自己生一個了。
什麼是信號量(Semaphore)
如果你已經了解信號量(Semaphore)的概念了，請跳過這一段。
信號量(Semaphore)是在多線程環境下使用的一種設施, 它負責協調各個線程, 以保證它們能夠正確、合理的使用公共資源。
我們來看看一個停車場是怎麼運作的。為了簡單起見，假設停車場只有三個車位，一開始有三個車位都是空的。這是如果同時來了五輛車，看門人允許其中三輛不受阻礙的進入，然後放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此後來的車也都不得不在入口處等待。這時，有一輛車離開停車場，看門人得知後，打開車攔，放入一輛，如果又離開兩輛，則又可以放入兩輛，如此往復。
在這個停車場系統中，車位是公共資源，每輛車好比一個線程，看門人起的就是信號量的作用。
更進一步，信號量的特性如下：信號量是一個非負整數（車位數），所有通過它的線程（車輛）都會將該整數減一（通過它當然是為了使用資源），當該整數值為零時，所有試圖通過它的執行緒都將處於等待狀態。在信號量上我們定義兩種操作： Wait（等待） 和Release（釋放）。 當一個執行緒呼叫Wait等待）操作時，它要麼通過然後將信號量減一，要麼一自等下去，直到信號量大於一或逾時。 Release（釋放）實際上是在信號量上執行加操作，對應於車輛離開停車場，該操作之所以叫做“釋放”是應為加操作實際上是釋放了由信號量守護的資源。
實現
大家都知道，.Net Framework類別庫中提供的執行緒同步設施包括：
Monitor， AutoResetEvent， ManualResetEvent，Mutex，ReadWriteLock和InterLock。 其中AutoResetEvent， ManualResetEvent，Mutex派生自WaitHandler，它們實際上是封裝了作業系統提供的核心物件。而其它的應當是在.Net虛擬機中土生土長的。顯然來自作業系統核心物件的設施使用起來效率要差一些。不過效率並不是我們這裡要考慮的問題，我們將使用兩個Monitor 和一個ManualResetEvent 物件來模擬一個訊號量。
程式碼如下：
public class Semaphore
{
private ManualResetEvent waitEvent = new ManualResetEvent(false);
private object syncObjWait = new object();
private int maxCount = 1; //最大資源數
private int currentCount = 0; //目前資源數
public Semaphore()
{
}
public Semaphore( int maxCount )
{
this.maxCount = maxCount;
}
public bool Wait()
{
lock( syncObjWait ) //只能一個執行緒進入下面程式碼
{
bool waitResult = this.waitEvent.WaitOne(); //在此等待資源數大於零
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>
/// 允許逾時回傳的Wait 操作
/// </summary>
/// <param name="millisecondsTimeout"></param>
/// <returns></returns>
public bool Wait( int millisecondsTimeout )
{
lock( syncObjWait ) // Monitor 確保該範圍類別程式碼在臨界區內
{
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 確保該範圍類別程式碼在臨界區內
{
currentCount++;
if( currentCount > this.maxCount )
{
currentCount = this.maxCount;
return false;
}
this.waitEvent.Set(); //允許呼叫Wait的執行緒進入
}
return true;
}
}