并行编程-信号量

Posted 2020-12-27 springsnow

.net4.0中的同步机制，是的，当出现了并行计算的时候，轻量级别的同步机制应运而生，在信号量这一块

出现了一系列的轻量级，今天继续介绍下面的3个信号量 CountdownEvent，SemaphoreSlim，ManualResetEventSlim。

一：CountdownEvent

这种采用信号状态的同步基元非常适合在动态的fork,join的场景，它采用“信号计数”的方式，就比如这样，一个麻将桌只能容纳4个

人打麻将，如果后来的人也想搓一把碰碰运气，那么他必须等待直到麻将桌上的人走掉一位。好，这就是简单的信号计数机制，从技术角

度上来说它是定义了最多能够进入关键代码的线程数。

     但是CountdownEvent更牛X之处在于我们可以动态的改变“信号计数”的大小，比如一会儿能够容纳8个线程，一下又4个，一下又10个，

这样做有什么好处呢？还是承接上一篇文章所说的，比如一个任务需要加载1w条数据，那么可能出现这种情况。

加载User表：         根据user表的数据量，我们需要开5个task。

加载Product表：    产品表数据相对比较多，计算之后需要开8个task。

加载order表：       由于我的网站订单丰富，计算之后需要开12个task。

先前的文章也说了，我们需要协调task在多阶段加载数据的同步问题，那么如何应对这里的5，8，12，幸好，CountdownEvent给我们提供了

可以动态修改的解决方案。

我们看到有两个主要方法：Wait和Signal。每调用一次Signal相当于麻将桌上走了一个人，直到所有人都搓过麻将wait才给放行，这里同样要

注意也就是“超时“问题的存在性，尤其是在并行计算中，轻量级别给我们提供了”取消标记“的机制，这是在重量级别中不存在的，比如下面的

重载public bool Wait(int millisecondsTimeout, CancellationToken cancellationToken)，具体使用可以看前一篇文章的介绍。

//默认的容纳大小为“硬件线程“数
static CountdownEvent cde = new CountdownEvent(Environment.ProcessorCount);

static void Main(string[] args)
{
    //加载User表需要5个任务
    var userTaskCount = 5;

    //重置信号
    cde.Reset(userTaskCount);

    for (int i = 0; i < userTaskCount; i++)
    {
        Task.Factory.StartNew((obj) =>
        {
            LoadUser(obj);
        }, i);
    }

    //等待所有任务执行完毕
    cde.Wait();

    Console.WriteLine("
User表数据全部加载完毕！
");

    //加载product需要8个任务
    var productTaskCount = 8;

    //重置信号
    cde.Reset(productTaskCount);

    for (int i = 0; i < productTaskCount; i++)
    {
        Task.Factory.StartNew((obj) =>
        {
            LoadProduct(obj);
        }, i);
    }

    cde.Wait();

    Console.WriteLine("
Product表数据全部加载完毕！
");

    //加载order需要12个任务
    var orderTaskCount = 12;

    //重置信号
    cde.Reset(orderTaskCount);

    for (int i = 0; i < orderTaskCount; i++)
    {
        Task.Factory.StartNew((obj) =>
        {
            LoadOrder(obj);
        }, i);
    }

    cde.Wait();

    Console.WriteLine("
Order表数据全部加载完毕！
");

    Console.WriteLine("
(*^__^*) 嘻嘻，恭喜你，数据全部加载完毕
");

    Console.Read();
}

static void LoadUser(object obj)
{
    try
    {
        Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载User部分数据！", obj);
    }
    finally
    {
        cde.Signal();
    }
}

static void LoadProduct(object obj)
{
    try
    {
        Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载Product部分数据！", obj);
    }
    finally
    {
        cde.Signal();
    }
}

static void LoadOrder(object obj)
{
    try
    {
        Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载Order部分数据！", obj);
    }
    finally
    {
        cde.Signal();
    }
}

二：SemaphoreSlim

在.net 4.0之前，framework中有一个重量级的Semaphore，人家可以跨进程同步，咋轻量级不行，msdn对它的解释为：限制可同时访问

某一资源或资源池的线程数。关于它的重量级demo，我的上一个系列有演示，你也可以理解为CountdownEvent是 SemaphoreSlim的功能加

强版，好了，举一个轻量级使用的例子。

static SemaphoreSlim slim = new SemaphoreSlim(Environment.ProcessorCount, 12);

static void Main(string[] args)
{
    for (int i = 0; i < 12; i++)
    {
        Task.Factory.StartNew((obj) =>
        {
            Run(obj);
        }, i);
    }

    Console.Read();
}

static void Run(object obj)
{
    slim.Wait();

    Console.WriteLine("当前时间:{0}任务 {1}已经进入。", DateTime.Now, obj);

    //这里busy3s中
    Thread.Sleep(3000);

    slim.Release();
}

同样，防止死锁的情况，我们需要知道”超时和取消标记“的解决方案，像SemaphoreSlim这种定死的”线程请求范围“，其实是降低了扩展性，

所以说，试水有风险，使用需谨慎，在觉得有必要的时候使用它。

三： ManualResetEventSlim

相信它的重量级别大家都知道是ManualReset，而这个轻量级别采用的是"自旋等待“+”内核等待“，也就是说先采用”自旋等待的方式“等待，

直到另一个任务调用set方法来释放它。如果迟迟等不到释放，那么任务就会进入基于内核的等待，所以说如果我们知道等待的时间比较短，采

用轻量级的版本会具有更好的性能，原理大概就这样，下面举个小例子。

//2047：自旋的次数
 static ManualResetEventSlim mrs = new ManualResetEventSlim(false, 2047);

 static void Main(string[] args)
 {

     for (int i = 0; i < 12; i++)
     {
         Task.Factory.StartNew((obj) =>
         {
             Run(obj);
         }, i);
     }

     Console.WriteLine("当前时间:{0}我是主线程{1}，你们这些任务都等2s执行吧：
",
     DateTime.Now,
     Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
     Thread.Sleep(2000);

     mrs.Set();
 }

 static void Run(object obj)
 {
     mrs.Wait();

     Console.WriteLine("当前时间:{0}任务 {1}已经进入。", DateTime.Now, obj);
 }