Semaphore（信號量）

　　場景：當多個任務或線程並行運行時，難以避免的對某些有限的資源進行並發的訪問

 

　　可以考慮使用信號量來進行這方面的控制（System.Threading.Semaphore）是表示一個Windows內核的信號量對象（操作系統級別，可以跨進程或AppDomain）。如果預計等待的時間較短，使用SemaphoreSlim（單進程）帶來的開銷更小。關於兩者的區別如下：

　　System.Threading.Semaphore 類表示一個命名（系統范圍內）或本地信號量。它是環繞 Win32 信號量對象的精簡包裝器。Win32 信號量是計數信號量，該可用於控制對資源池的訪問。

　　SemaphoreSlim 類表示一個輕量、快速的信號量，可在等待時間預計很短的情況下用於在單個進程內等待。 SemaphoreSlim 盡可能多地依賴公共語言運行時 (CLR) 提供的同步基元。但是，它還提供延遲初始化、基於內核的等待句柄，作為在多個信號量上進行等待的必要支持。 SemaphoreSlim 也支持使用取消標記，但不支持命名信號量或使用用於同步的等待句柄。Semaphore的WaitOne或者Release方法的調用大約會耗費1微秒的系統時間，而優化后的SemaphoreSlim則需要大致四分之一微秒。在計算中大量頻繁使用它的時候SemaphoreSlim還是優勢明顯，加上SemaphoreSlim還豐富了不少接口，更加方便我們進行控制，所以在4.0以后的多線程開發中，推薦使用SemaphoreSlim（相關鏈接：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/z6zx288a(v=vs.110).aspx）

　　這里我們只討論System.Threading.Semaphore，.Net FrameWork中的信號量通過跟蹤進入和離開的任務或線程來協調對資源的訪問。信號量需要知道資源的最大數量，當一個任務進入時，資源計數器會被減1（獲取到訪問許可證），當計數器為0時，如果有任務訪問資源（未被授權訪問許可證），它會被阻塞，直到有任務離開為止。

　　介紹一下Semaphore這個類的常用的初始化構造方法，如下，請仔細閱讀注釋部分。

　　 /// <summary>
    /// Initializes a new instance of the <see cref="T:System.Threading.Semaphore"/> class, specifying the maximum number of concurrent entries and optionally reserving some entries.
    /// </summary>
    /// <param name="initialCount">The initial number of requests for the semaphore that can be granted concurrently.</param><param name="maximumCount">The maximum number of requests for the semaphore that can be granted concurrently.</param><exception cref="T:System.ArgumentException"><paramref name="initialCount"/> is greater than <paramref name="maximumCount"/>.</exception><exception cref="T:System.ArgumentOutOfRangeException"><paramref name="maximumCount"/> is less than 1.-or-<paramref name="initialCount"/> is less than 0.</exception>
    [SecuritySafeCritical]
    [TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline this type of method across NGen image boundaries")]
    public Semaphore(int initialCount, int maximumCount);

　　initialCount：信號量可以接受的並發請求數量的初始容量

　　maximumCount：信號量可以接受的並發請求數量的最大容量

　　那么看下面這個demo。

class Program
    {
        //創建一個可授權2個許可證的信號量，且初始值為2
        static Semaphore _semaphore = new Semaphore(2, 2);

        static void Main(string[] args)
        {
            Task.Factory.StartNew(() => DoWork());
            Task.Factory.StartNew(() => DoWork());
            Task.Factory.StartNew(() => DoWork());

            Console.ReadLine();
        }

        static void DoWork()
        {
            try
            {
                Console.WriteLine(string.Format("Thread {0} 正在等待一個許可證……", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
                _semaphore.WaitOne();
                Console.WriteLine(string.Format("Thread {0} 申請到許可證……", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
                Thread.Sleep(5000);
                Console.WriteLine(string.Format("Thread {0} 釋放許可證……", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
            }
            finally
            {
                _semaphore.Release();
            }
        }
    }

　　多個線程申請獲取許可證，其中線程A通過_semaphore.WaitOne拿到了一個許可證，進行initialCount-1操作，業務完成之后再調用_semaphore.Release釋放了這個許可證，initialCount+1。如果設置最大並發數=1，那么當前僅有1個線程能夠拿到這個許可，其他線程都處於阻塞狀態，直到該線程釋放為止。當然信號量不可能永久的阻塞在那里。信號量也提供了超時處理機制。方法是在Wait函數中傳入一個超時等待時間 - Wait(int TIMEOUT)。當Wait返回值為false時表明它超時了。如果傳入了 -1，則表示無限期的等待。

　　關於信號量和鎖/隊列的概念

　　信號量(Semaphore)是一種CLR中的內核同步對象。與標准的排他鎖對象（Monitor，Mutex，SpinLock）不同的是，它不是一個排他的鎖對象，它與SemaphoreSlim，ReaderWriteLock等一樣允許多個有限的線程同時訪問共享內存資源。Semaphore就好像一個柵欄，有一定的容量，當里面的線程數量到達設置的最大值時候，就沒有線程可以進去。然后，如果一個線程工作完成以后出來了，那下一個線程就可以進去了。Semaphore的WaitOne或Release等操作分別將自動地遞減或者遞增信號量的當前計數值。當線程試圖對計數值已經為0的信號量執行WaitOne操作時，線程將阻塞直到計數值大於0。
　　互斥量(Mutex) ，互斥量表現互斥現象的數據結構，也被當作二元信號燈。一個互斥基本上是一個多任務敏感的二元信號，它能用作同步多任務的行為，它常用作保護從中斷來的臨界段代碼並且在共享同步使用的資源。
Mutex本質上說就是一把鎖，提供對資源的獨占訪問，所以Mutex主要的作用是用於互斥。Mutex對象的值，只有0和1兩個值。這兩個值也分別代表了Mutex的兩種狀態。值為0, 表示鎖定狀態，當前對象被鎖定，用戶進程/線程如果試圖Lock臨界資源，則進入排隊等待；值為1，表示空閑狀態，當前對象為空閑，用戶進程/線程可以Lock臨界資源，之后Mutex值減1變為0。
　　Enqueue和Lock實際上是一個事物的兩個名字。他們都支持隊列(queue)和並發（concurrency）。他們在隊列中的管理方式是“先進先出”(FIFO)的方式。