概念
以一個停車場是運作為例。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。這時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，然後放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此後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，看門人得知後，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，每輛車好比一個執行緒，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），所有通過它的執行緒（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，所有試圖通過它的執行緒都將處於等待狀態。在信號量上我們定義兩種操作： Wait（等待） 和 Release（釋放）。 當一個執行緒調用Wait（等待）操作時，它要么通過然後將信號量減一，要么一直等下去，直到信號量大於一或逾時。Release（釋放）實際上是在信號量上執行加操作，對應於車輛離開停車場，該操作之所以叫做“釋放”是因為加操作實際上是釋放了由信號量守護的資源。
在java中，還可以設定該信號量是否採用公平模式，如果以公平方式執行，則執行緒將會按到達的順序（FIFO）執行，如果是非公平，則可以後請求的有可能排在佇列的頭部。
JDK中定義如下：
Semaphore(int permits, boolean fair)
創建具有給定的許可數和給定的公平設定的Semaphore。
實現
大家都知道，.Net Framework類庫中提供的執行緒同步設施包括：
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作業系統提供的核心對象。而其它的應當是在.Net CLR中土生土長的。顯然來自作業系統核心對象的設施使用起來效率要差一些。不過效率並不是我們這裡要考慮的問題，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; file://最大資源數
private int currentCount = 0; file://當前資源數
public Semaphore(){}
public Semaphore( int maxCount ){
this.maxCount = maxCount;
}
public bool Wait(){
lock( syncObjWait ) file://只能一個執行緒進入下面代碼
{
bool waitResult = this.waitEvent.WaitOne(); file://在此等待資源數大於零
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>
/// 允許逾時返回的 Wait 操作
/// </summary>
/// <param name="millisecondsTimeout"></param>
/// <returns></returns>
public bool Wait( int millisecondsTimeout )
{
lock( syncObjWait ) // Monitor 確保該範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 確保該範圍類代碼在臨界區內
{
currentCount++;
if( currentCount > this.maxCount )
{
currentCount = this.maxCount;
return false;
}
this.waitEvent.Set(); file://允許調用Wait的執行緒進入
}
return true;
}
}
