動機

    從開始接觸多線（進）程編程模型開始，學習的就是和信號量(Semaphore)相關的同步原語。不知道為什么 .Net Framework 里卻沒有相應的東東。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。

什么是信號量(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樣運作的。為了簡單起見，假設停車場只有三個車位，一開始三個車位都是空的。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，然后放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此后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，看門人得知后，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，所有試圖通過它的線程都將處于等待狀態。在信號量上我們定義兩種操作： Wait（等待） 和 Release（釋放）。 當一個線程調用Wait等待）操作時，它要么通過然后將信號量減一，要么一自等下去，直到信號量大于一或超時。Release（釋放）實際上是在信號量上執行加操作，對應于車輛離開停車場，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類庫中提供的線程同步設施包括：

    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操作系統提供的內核對象。而其它的應當是在.Net虛擬機中土生土長的。顯然來自操作系統內核對象的設施使用起來效率要差一些。不過效率并不是我們這里要考慮的問題，我們將使用兩個 Monitor 和 一個ManualResetEvent 對象來模擬一個信號量。

代碼如下：

    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;  //當前資源數

        public Semaphore()
        {

        }

        public Semaphore( int maxCount )
        {
            this.maxCount = maxCount;
        }

        public bool Wait()
        {
            lock( syncObjWait )      //只能一個線程進入下面代碼
            {
                bool waitResult = this.waitEvent.WaitOne();   //在此等待資源數大于零
                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>
        /// 允許超時返回的 Wait 操作
        /// </summary>
        /// <param name="millisecondsTimeout"></param>
        /// <returns></returns>
        public bool Wait( int millisecondsTimeout )
        {
            lock( syncObjWait )  // Monitor 確保該范圍類代碼在臨界區內
            {
                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 確保該范圍類代碼在臨界區內
            {
                currentCount++;
                if( currentCount > this.maxCount )
                {
                    currentCount = this.maxCount;
                    return false;
                }
                this.waitEvent.Set();  //允許調用Wait的線程進入
            }
            return true;
        }

    }