c#多线程中使用SemaphoreSlim

SemaphoreSlim是一个用于同步和限制并发访问的类，和它类似的还有Semaphore，只是SemaphoreSlim更加的轻量、高效、好用。今天说说它，以及如何使用，在什么时候去使用，使用它将会带来什么优势。

代码的业务是：

在多线程下进行数据的统计工作，简单点的说就是累加数据。

1.首先我们建立一个程序

代码如下

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;namespace ConsoleApp2
{class Program{static int a = 0;static async Task Main(string[] args){Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();stopwatch.Start();Task t1 = Task.Run(() =>{A();});Task t2 = Task.Run(() =>{B();});await Task.WhenAll(t1, t2);stopwatch.Stop();Console.WriteLine("总时间：" + stopwatch.ElapsedMilliseconds);Console.WriteLine("总数：" + a);Console.ReadLine();}private static void A(){for (int i = 0; i < 100_0000; i++){a++;}}private static void B(){for (int i = 0; i < 100_0000; i++){a++;}}}
}

2.运行结果

此时需要多运行几次，会发现，偶尔出现运行的结果不一样，这就是今天的问题

3.分析结果

从结果看，明显错误了，正确答案是：200 0000，但是第二次的结果是131 6465。我们的业务就是开启2个线程，一个A方法，一个B方法，分别对a的数据进行累加计算。那么为什么造成这样的结果呢？

造成这样的原因就是多线程的问题。

解决方法一：

1.使用lock

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;namespace ConsoleApp2
{class Program{static int a = 0;static object o = new object();static async Task Main(string[] args){Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();stopwatch.Start();Task t1 = Task.Run(() =>{A();});Task t2 = Task.Run(() =>{B();});await Task.WhenAll(t1, t2);stopwatch.Stop();Console.WriteLine("总时间：" + stopwatch.ElapsedMilliseconds);Console.WriteLine("总数：" + a);Console.ReadLine();}private static void A(){for (int i = 0; i < 100_0000; i++){lock (o){a++;}}}private static void B(){for (int i = 0; i < 100_0000; i++){lock (o){a++;}}}}
}

2. lock的结果

当我们增加lock后，不管运行几次，结果都是正确的。

解决方法二：

1.使用SemaphoreSlim

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;namespace ConsoleApp2
{class Program{static int a = 0;static object o = new object();static SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(1);  //控制访问线程的数量static async Task Main(string[] args){Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();stopwatch.Start();Task t1 = Task.Run(() =>{A();});Task t2 = Task.Run(() =>{B();});await Task.WhenAll(t1, t2);stopwatch.Stop();Console.WriteLine("总时间：" + stopwatch.ElapsedMilliseconds);Console.WriteLine("总数：" + a);Console.ReadLine();}private static void A(){for (int i = 0; i < 100_0000; i++){semaphore.Wait();//lock (o)//{a++;//}semaphore.Release();}}private static void B(){for (int i = 0; i < 100_0000; i++){semaphore.Wait();//lock (o)//{a++;//}semaphore.Release();}}}
}

2.SemaphoreSlim的效果

当我们增加SemaphoreSlim后，不管运行几次，结果都是正确的。

4.我们对比方法一和方法二发现，他们的结果都是一样的，但是lock似乎比SemaphoreSlim更加的高效，是的，lock解决此业务的确比SemaphoreSlim高效。但是lock能干的事，SemaphoreSlim肯定能干，SemaphoreSlim能干的事，lock不一定能干。

5.SemaphoreSlim的使用

SemaphoreSlim使用的范围非常的广，可以限制访问资源的线程数，例如限制一个资源最多5个线程可以同时访问

using System.Threading;class Program
{static SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(5); // 允许最多5个线程同时访问资源static void Main(){for (int i = 0; i < 10; i++){Task.Run(DoWork);}Console.ReadLine();}static async Task DoWork(){await semaphore.WaitAsync(); // 等待许可try{Console.WriteLine($"线程 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 开始工作");await Task.Delay(1000); // 模拟耗时操作Console.WriteLine($"线程 {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId} 结束工作");}finally{semaphore.Release(); // 释放许可}}
}

此时DoWork()这个方法，最多同时只有5个线程访问，当改成1个，就是按照顺序进行了，和lock的使用是一样的

6.总结

如果需要确保同一时间只有一个线程访问某资源（此案例指的就是变量a），那么可以使用Lock，也可以使用SemaphoreSlim；如果需要控制同时访问资源的线程数量，并且需要更复杂的信号量操作，那么可以使用SemaphoreSlim。总之，使用Lock还是SemaphoreSlim，都是根据具体业务而定。

拓展：

当我们在第1步，只需要增加一句话，不增加lock和SemaphoreSlim，依然可以使得计算的结果准确，那就是增加

Console.WriteLine(a);

充当了线程同步的作用

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;namespace ConsoleApp2
{class Program{static int a = 0;static async Task Main(string[] args){Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();stopwatch.Start();Task t1 = Task.Run(() =>{A();});Task t2 = Task.Run(() =>{B();});await Task.WhenAll(t1, t2);stopwatch.Stop();Console.WriteLine("总时间：" + stopwatch.ElapsedMilliseconds);Console.WriteLine("总数：" + a);Console.ReadLine();}private static void A(){for (int i = 0; i < 10_0000; i++){a++;Console.WriteLine(a);}}private static void B(){for (int i = 0; i < 10_0000; i++){a++;Console.WriteLine(a);}}}
}

效果