C#在.NET Core中的信号量、互斥锁与同步原语

在.NET Core中，C#提供了多种同步原语来帮助控制对共享资源的访问

1. 信号量（Semaphore）：信号量是一个计数器，用于管理对一组资源的访问。当一个线程需要访问资源时，它会请求信号量。如果信号量的计数器大于零，线程将获得访问权限，并将计数器减一。当线程完成资源访问后，它会释放信号量，将计数器加一。如果计数器为零，请求线程将被阻塞，直到其他线程释放信号量。

   示例：

   using System.Threading;
   
   class Program
   {
       static Semaphore semaphore = new Semaphore(3, 3);
   
       static void Main()
       {
           for (int i = 0; i < 10; i++)
           {
               new Thread(Work).Start();
           }
       }
   
       static void Work()
       {
           semaphore.WaitOne();
           Console.WriteLine($"Thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} is working");
           Thread.Sleep(1000);
           Console.WriteLine($"Thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} has finished");
           semaphore.Release();
       }
   }
   

2. 互斥锁（Mutex）：互斥锁是一种同步原语，用于确保一次只有一个线程访问共享资源。当一个线程请求互斥锁时，如果锁未被占用，线程将获得锁并继续执行。如果锁已被占用，请求线程将被阻塞，直到锁被释放。

   示例：

   using System.Threading;
   
   class Program
   {
       static Mutex mutex = new Mutex();
       static int counter = 0;
   
       static void Main()
       {
           for (int i = 0; i < 10; i++)
           {
               new Thread(Increment).Start();
           }
       }
   
       static void Increment()
       {
           mutex.WaitOne();
           counter++;
           Console.WriteLine($"Thread {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} incremented the counter to {counter}");
           mutex.ReleaseMutex();
       }
   }
   

3. 其他同步原语：除了信号量和互斥锁之外，.NET Core还提供了其他同步原语，如Monitor、ReaderWriterLockSlim和SemaphoreSlim。这些原语可以根据不同的场景和需求进行选择使用。

   • Monitor类提供了一种简单的同步机制，用于确保一次只有一个线程访问代码段。它类似于互斥锁，但使用起来更简单。
   • ReaderWriterLockSlim类允许多个线程同时读取共享资源，但在写入时会阻止其他线程访问。这在读操作远多于写操作的场景下非常有用。
   • SemaphoreSlim类是一个轻量级的信号量实现，用于限制对共享资源的访问。它比Semaphore类更高效，因为它不会导致线程切换到内核模式。

在使用同步原语时，务必注意死锁和资源争用的问题。死锁是指两个或多个线程相互等待对方释放资源的情况，导致程序无法继续执行。为了避免死锁，可以使用超时参数、按顺序请求锁或者使用Mutex的TryEnter方法等方法。此外，始终在finally块中释放锁，以确保即使发生异常也能正确释放资源。