C#在.NET Core中的信號量、互斥鎖與同步原語

在.NET Core中，C#提供了多種同步原語來幫助控制對共享資源的訪問

1. 信號量（Semaphore）：信號量是一個計數器，用于管理對一組資源的訪問。當一個線程需要訪問資源時，它會請求信號量。如果信號量的計數器大于零，線程將獲得訪問權限，并將計數器減一。當線程完成資源訪問后，它會釋放信號量，將計數器加一。如果計數器為零，請求線程將被阻塞，直到其他線程釋放信號量。

   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. 互斥鎖（Mutex）：互斥鎖是一種同步原語，用于確保一次只有一個線程訪問共享資源。當一個線程請求互斥鎖時，如果鎖未被占用，線程將獲得鎖并繼續執行。如果鎖已被占用，請求線程將被阻塞，直到鎖被釋放。

   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. 其他同步原語：除了信號量和互斥鎖之外，.NET Core還提供了其他同步原語，如Monitor、ReaderWriterLockSlim和SemaphoreSlim。這些原語可以根據不同的場景和需求進行選擇使用。

   • Monitor類提供了一種簡單的同步機制，用于確保一次只有一個線程訪問代碼段。它類似于互斥鎖，但使用起來更簡單。
   • ReaderWriterLockSlim類允許多個線程同時讀取共享資源，但在寫入時會阻止其他線程訪問。這在讀操作遠多于寫操作的場景下非常有用。
   • SemaphoreSlim類是一個輕量級的信號量實現，用于限制對共享資源的訪問。它比Semaphore類更高效，因為它不會導致線程切換到內核模式。

在使用同步原語時，務必注意死鎖和資源爭用的問題。死鎖是指兩個或多個線程相互等待對方釋放資源的情況，導致程序無法繼續執行。為了避免死鎖，可以使用超時參數、按順序請求鎖或者使用Mutex的TryEnter方法等方法。此外，始終在finally塊中釋放鎖，以確保即使發生異常也能正確釋放資源。