Blokowanie współdzielone (Non-exclusive Locking) #

Blokowanie współdzielone to mechanizm, który pozwala na dostęp do zasobu więcej niż jednemu wątkowi jednocześnie, zazwyczaj pod pewnymi warunkami (np. limit liczby wątków lub dostęp tylko do odczytu).

Semaphore(Slim) #

Semafory pozwalają ograniczyć liczbę wątków, które mogą jednocześnie uzyskać dostęp do zasobu lub sekcji kodu. W .NET występują w dwóch wersjach: Semaphore to opakowanie na uchwyt do semafora oferowanego przez system operacyjny. SemaphoreSlim jest natomiast implementowany w całości przez środowisko uruchomieniowe, dzięki czemu jest szybszy (około 10x - nie wymaga przełączania kontekstu do jądra), ale nie może być za to użyty do synchronizacji międzyprocesowej. Wersja “Slim” wspiera także konstrukcje asynchroniczne.

Semafory są inicjalizowane z określoną liczbą “pozwoleń” (permits). Wait()/WaitAsync() zmniejsza licznik, a Release() zwiększa. Zazwyczaj używa się ich do ograniczania przepustowości (np. max 5 jednoczesnych pobierań plików, max 10 połączeń do bazy danych).

Jeżeli SemaphoreSlim ma wolne zasoby (licznik > 0), metoda WaitAsync kończy się synchronicznie (bez przełączania kontekstu), co jest bardzo wydajne.

Przykład #

W poniższym przykładzie Downloader ogranicza liczbę jednoczesnych pobierań do wartości concurrency.

public class Downloader(int concurrency)
{
    private readonly SemaphoreSlim _semaphore = new(concurrency);

    public async Task DownloadAsync(string url, string fileName, CancellationToken token = default)
    {
        Console.WriteLine($"[{fileName}] Waiting to start download...");

        await _semaphore.WaitAsync(token);
        
        Console.WriteLine($"[{fileName}] Downloading...");

        try
        {
            using HttpClient client = new HttpClient();

            byte[] data = await client.GetByteArrayAsync(url, token);

            Console.WriteLine($"[{fileName}] Downloaded {data.Length / 1024.0:0.00} KB");

            await File.WriteAllBytesAsync(fileName, data, token);
            Console.WriteLine($"[{fileName}] Download finished.");
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine($"[{fileName}] Error: {ex.Message}");
        }
        finally
        {
            _semaphore.Release();
        }
    }
}

Kod źródłowy:
Downloader.cs
Program.cs
SemaphoreExample.csproj
Download as zip

ReaderWriterLock(Slim) #

ReaderWriterLock(Slim) to prymityw zoptymalizowany pod scenariusze, w których operacje odczytu są znacznie częstsze niż operacje zapisu. Wspiera dwa tryby blokowania. Dowolna liczba wątków może być w trybie odczytu jednocześnie (EnterReadLock / ExitReadLock). Tylko jeden wątek może być w trybie zapisu (EnterWriteLock / ExitWriteLock). Gdy wątek jest w trybie zapisu, żaden inny wątek nie może czytać ani pisać.

Najczęściej używa się przy współdzielonych strukturach danych, konfiguracji aplikacji, do implementacji pamięci podręcznej. Wszędzie tam gdzie odczyty są częste, a zapisy bardzo rzadkie. W prostych przypadkach zwykły lock jest zazwyczaj wystarczający.

Należy używać nowszej klasy ReaderWriterLockSlim zamiast starszej ReaderWriterLock. Wersja “Slim” jest implementowana w całości przez środowisko uruchomieniowe, co zapewnia znacznie lepszą wydajność niż starsza wersja oparta na zasobach systemu operacyjnego.