C#多線程系列之資源池限制
Semaphore、SemaphoreSlim 類
兩者都可以限制同時訪問某一資源或資源池的線程數。
這裡先不扯理論,我們從案例入手,通過示例代碼,慢慢深入瞭解。
Semaphore 類
這裡,先列出 Semaphore 類常用的 API。
其構造函數如下:
構造函數 | 說明 |
---|---|
Semaphore(Int32, Int32) | 初始化 Semaphore 類的新實例,並指定初始入口數和最大並發入口數。 |
Semaphore(Int32, Int32, String) | 初始化 Semaphore 類的新實例,並指定初始入口數和最大並發入口數,根據需要指定系統信號燈對象的名稱。 |
Semaphore(Int32, Int32, String, Boolean) | 初始化 Semaphore 類的新實例,並指定初始入口數和最大並發入口數,還可以選擇指定系統信號量對象的名稱,以及指定一個變量來接收指示是否創建瞭新系統信號量的值。 |
Semaphore 使用純粹的內核時間(kernel-time)方式(等待時間很短),並且支持在不同的進程間同步線程(像Mutex)。
Semaphore 常用方法如下:
方法 | 說明 |
---|---|
Close() | 釋放由當前 WaitHandle占用的所有資源。 |
OpenExisting(String) | 打開指定名稱為信號量(如果已經存在)。 |
Release() | 退出信號量並返回前一個計數。 |
Release(Int32) | 以指定的次數退出信號量並返回前一個計數。 |
TryOpenExisting(String, Semaphore) | 打開指定名稱為信號量(如果已經存在),並返回指示操作是否成功的值。 |
WaitOne() | 阻止當前線程,直到當前 WaitHandle 收到信號。 |
WaitOne(Int32) | 阻止當前線程,直到當前 WaitHandle 收到信號,同時使用 32 位帶符號整數指定時間間隔(以毫秒為單位)。 |
WaitOne(Int32, Boolean) | 阻止當前線程,直到當前的 WaitHandle 收到信號為止,同時使用 32 位帶符號整數指定時間間隔,並指定是否在等待之前退出同步域。 |
WaitOne(TimeSpan) | 阻止當前線程,直到當前實例收到信號,同時使用 TimeSpan 指定時間間隔。 |
WaitOne(TimeSpan, Boolean) | 阻止當前線程,直到當前實例收到信號為止,同時使用 TimeSpan 指定時間間隔,並指定是否在等待之前退出同步域。 |
示例
我們來直接寫代碼,這裡使用 《原子操作 Interlocked》 中的示例,現在我們要求,采用多個線程執行計算,但是隻允許最多三個線程同時執行運行。
使用 Semaphore ,有四個個步驟:
new 實例化 Semaphore,並設置最大線程數、初始化時可進入線程數;
使用 .WaitOne();
獲取進入權限(在獲得進入權限前,線程處於阻塞狀態)。
離開時使用 Release()
釋放占用。
Close()
釋放Semaphore 對象。
《原子操作 Interlocked》 中的示例改進如下:
class Program { // 求和 private static int sum = 0; private static Semaphore _pool; // 判斷十個線程是否結束瞭。 private static int isComplete = 0; // 第一個程序 static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("執行程序"); // 設置允許最大三個線程進入資源池 // 一開始設置為0,就是初始化時允許幾個線程進入 // 這裡設置為0,後面按下按鍵時,可以放通三個線程 _pool = new Semaphore(0, 3); for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(AddOne)); thread.Start(i + 1); } Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Red; Console.WriteLine("任意按下鍵(不要按關機鍵),可以打開資源池"); Console.ForegroundColor = ConsoleColor.White; Console.ReadKey(); // 準許三個線程進入 _pool.Release(3); // 這裡沒有任何意義,就單純為瞭演示查看結果。 // 等待所有線程完成任務 while (true) { if (isComplete >= 10) break; Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); } Console.WriteLine("sum = " + sum); // 釋放池 _pool.Close(); } public static void AddOne(object n) { Console.WriteLine($" 線程{(int)n}啟動,進入隊列"); // 進入隊列等待 _pool.WaitOne(); Console.WriteLine($"第{(int)n}個線程進入資源池"); // 進入資源池 for (int i = 0; i < 10; i++) { Interlocked.Add(ref sum, 1); Thread.Sleep(TimeSpan.FromMilliseconds(500)); } // 解除占用的資源池 _pool.Release(); isComplete += 1; Console.WriteLine($" 第{(int)n}個線程退出資源池"); } }
看著代碼有點多,快去運行一下,看看結果。
示例說明
實例化 Semaphore 使用瞭new Semaphore(0,3);
,其構造函數原型為
public Semaphore(int initialCount, int maximumCount);
initialCount 表示一開始允許幾個進程進入資源池,如果設置為0,所有線程都不能進入,要一直等資源池放通。
maximumCount 表示最大允許幾個線程進入資源池。
Release()
表示退出信號量並返回前一個計數。這個計數指的是資源池還可以進入多少個線程。
可以看一下下面的示例:
private static Semaphore _pool; static void Main(string[] args) { _pool = new Semaphore(0, 5); _pool.Release(5); new Thread(AddOne).Start(); Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(10)); _pool.Close(); } public static void AddOne() { _pool.WaitOne(); Thread.Sleep(1000); int count = _pool.Release(); Console.WriteLine("在此線程退出資源池前,資源池還有多少線程可以進入?" + count); }
信號量
前面我們學習到 Mutex,這個類是全局操作系統起作用的。我們從 Mutex 和 Semphore 中,也看到瞭 信號量這個東西。
信號量分為兩種類型:本地信號量和命名系統信號量。
- 命名系統信號量在整個操作系統中均可見,可用於同步進程的活動。
- 局部信號量僅存在於進程內。
當 name 為 null 或者為空時,Mutex 的信號量時局部信號量,否則 Mutex 的信號量是命名系統信號量。
Semaphore 的話,也是兩種情況都有。
如果使用接受名稱的構造函數創建 Semaphor 對象,則該對象將與該名稱的操作系統信號量關聯。
兩個構造函數:
Semaphore(Int32, Int32, String) Semaphore(Int32, Int32, String, Boolean)
上面的構造函數可以創建多個表示同一命名系統信號量的 Semaphore 對象,並可以使用 OpenExisting 方法打開現有的已命名系統信號量。
我們上面使用的示例就是局部信號量,進程中引用本地 Semaphore 對象的所有線程都可以使用。 每個 Semaphore 對象都是單獨的本地信號量。
SemaphoreSlim類
SemaphoreSlim 跟 Semaphore 有啥關系?
微軟文檔:
SemaphoreSlim 表示對可同時訪問資源或資源池的線程數加以限制的 Semaphore 的輕量替代。
SemaphoreSlim 不使用信號量,不支持進程間同步,隻能在進程內使用。
它有兩個構造函數:
構造函數 | 說明 |
---|---|
SemaphoreSlim(Int32) | 初始化 SemaphoreSlim 類的新實例,以指定可同時授予的請求的初始數量。 |
SemaphoreSlim(Int32, Int32) | 初始化 SemaphoreSlim 類的新實例,同時指定可同時授予的請求的初始數量和最大數量。 |
示例
我們改造一下前面 Semaphore 中的示例:
class Program { // 求和 private static int sum = 0; private static SemaphoreSlim _pool; // 判斷十個線程是否結束瞭。 private static int isComplete = 0; static void Main(string[] args) { Console.WriteLine("執行程序"); // 設置允許最大三個線程進入資源池 // 一開始設置為0,就是初始化時允許幾個線程進入 // 這裡設置為0,後面按下按鍵時,可以放通三個線程 _pool = new SemaphoreSlim(0, 3); for (int i = 0; i < 10; i++) { Thread thread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(AddOne)); thread.Start(i + 1); } Console.WriteLine("任意按下鍵(不要按關機鍵),可以打開資源池"); Console.ReadKey(); // _pool.Release(3); // 這裡沒有任何意義,就單純為瞭演示查看結果。 // 等待所有線程完成任務 while (true) { if (isComplete >= 10) break; Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(1)); } Console.WriteLine("sum = " + sum); // 釋放池 } public static void AddOne(object n) { Console.WriteLine($" 線程{(int)n}啟動,進入隊列"); // 進入隊列等待 _pool.Wait(); Console.WriteLine($"第{(int)n}個線程進入資源池"); // 進入資源池 for (int i = 0; i < 10; i++) { Interlocked.Add(ref sum, 1); Thread.Sleep(TimeSpan.FromMilliseconds(200)); } // 解除占用的資源池 _pool.Release(); isComplete += 1; Console.WriteLine($" 第{(int)n}個線程退出資源池"); } }
SemaphoreSlim 不需要 Close()
。
兩者在代碼上的區別是就這麼簡單。
區別
如果使用下面的構造函數實例化 Semaphor(參數name不能為空),那麼創建的對象在整個操作系統內都有效。
public Semaphore (int initialCount, int maximumCount, string name);
Semaphorslim 則隻在進程內內有效。
SemaphoreSlim 類不會對 Wait
、WaitAsync
和 Release
方法的調用強制執行線程或任務標識。
而 Semaphor 類,會對此進行嚴格監控,如果對應調用數量不一致,會出現異常。
此外,如果使用 SemaphoreSlim(Int32 maximumCount) 構造函數來實例化 SemaphoreSlim 對象,獲取其 CurrentCount 屬性,其值可能會大於 maximumCount。 編程人員應負責確保調用一個 Wait 或 WaitAsync 方法,便調用一個 Release。
這就好像筆筒裡面的筆,沒有監控,使用這使用完畢後,都應該將筆放進去。如果原先有10支筆,每次使用不放進去,或者將別的地方的筆放進去,那麼最後數量就不是10瞭。
到此這篇關於C#多線程系列之資源池限制的文章就介紹到這瞭。希望對大傢的學習有所幫助,也希望大傢多多支持WalkonNet。