Полное руководство по языку программирования С# 14 и платформе .NET 10 / Многопоточность

Семафоры

Начальный ⏱ 3 мин чтения 👁 2 🕓 обновлено 11.08.2026

Семафоры являются еще одним инструментом, который предлагает нам платформа .NET для управления синхронизацией. Семафоры позволяют ограничить количество потоков, которые имеют доступ к определенным ресурсам. В .NET семафоры представлены классом Semaphore.

Для создания семафора применяется один из конструкторов класса Semaphore:

Semaphore (int initialCount, int maximumCount): параметр initialCount задает начальное количество потоков, а maximumCount - максимальное количество потоков, которые имеют доступ к общим ресурсам
Semaphore (int initialCount, int maximumCount, string? name): в дополнение задает имя семафора
Semaphore (int initialCount, int maximumCount, string? name, out bool createdNew): последний параметр - createdNew при значении true указывает, что новый семафор был успешно создан. Если этот параметр равен false, то семафор с указанным именем уже существует

Для работы с потоками класс Semaphore имеет два основных метода:

WaitOne(): ожидает получения свободного места в семафоре
Release(): освобождает место в семафоре

Например, у нас такая задача: есть некоторое число читателей, которые приходят в библиотеку три раза в день и что-то там читают. И пусть у нас будет ограничение, что единовременно в библиотеке не может находиться больше трех читателей. Данную задачу очень легко решить с помощью семафоров:


// запускаем пять потоков
for (int i = 1; i < 6; i++)
{
    Reader reader = new Reader(i);
}
class Reader
{
    // создаем семафор
    static Semaphore sem = new Semaphore(3, 3);
    Thread myThread;
    int count = 3;// счетчик чтения

    public Reader(int i)
    {
        myThread = new Thread(Read);
        myThread.Name = $"Читатель {i}";
        myThread.Start();
    }

    public void Read()
    {
        while (count > 0)
        {
            sem.WaitOne();  // ожидаем, когда освободиться место

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} входит в библиотеку");

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} читает");
            Thread.Sleep(1000);

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} покидает библиотеку");

            sem.Release();  // освобождаем место

            count--;
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }
}

В данной программе читатель представлен классом Reader. Он инкапсулирует всю функциональность, связанную с потоками, через переменную Thread myThread.

Сам семафор определяется в виде статической переменной sem:

static Semaphore sem = new Semaphore(3, 3);

Его конструктор принимает два параметра: первый указывает, какому числу объектов изначально будет доступен семафор, а второй параметр указывает, какой максимальное число объектов будет использовать данный семафор. В данном случае у нас только три читателя могут одновременно находиться в библиотеке, поэтому максимальное число равно 3.

Основной функционал сосредоточен в методе Read, который и выполняется в потоке. В начале для ожидания получения семафора используется метод sem.WaitOne():

sem.WaitOne();  // ожидаем, когда освободиться место

После того, как в семафоре освободится место, данный поток заполняет свободное место и начинает выполнять все дальнейшие действия.

После окончания чтения мы высвобождаем семафор с помощью метода sem.Release():

sem.Release();  // освобождаем место

После этого в семафоре освобождается одно место, которое заполняет другой поток.

Пример консольного вывода:

Читатель 5 входит в библиотеку
Читатель 5 читает
Читатель 4 входит в библиотеку
Читатель 4 читает
Читатель 1 входит в библиотеку
Читатель 1 читает
Читатель 5 покидает библиотеку
Читатель 1 покидает библиотеку
Читатель 4 покидает библиотеку
Читатель 3 входит в библиотеку
Читатель 3 читает
Читатель 2 входит в библиотеку
Читатель 2 читает
Читатель 4 входит в библиотеку
Читатель 3 покидает библиотеку
Читатель 2 покидает библиотеку
Читатель 5 входит в библиотеку
Читатель 5 читает
Читатель 4 читает
Читатель 1 входит в библиотеку
Читатель 1 читает
Читатель 5 покидает библиотеку
Читатель 3 входит в библиотеку
Читатель 3 читает
Читатель 4 покидает библиотеку
Читатель 1 покидает библиотеку
Читатель 2 входит в библиотеку
Читатель 2 читает
Читатель 3 покидает библиотеку
Читатель 5 входит в библиотеку
Читатель 5 читает
Читатель 2 покидает библиотеку
Читатель 1 входит в библиотеку
Читатель 4 входит в библиотеку
Читатель 1 читает
Читатель 4 читает
Читатель 5 покидает библиотеку
Читатель 1 покидает библиотеку
Читатель 4 покидает библиотеку
Читатель 2 входит в библиотеку
Читатель 3 входит в библиотеку
Читатель 2 читает
Читатель 3 читает
Читатель 3 покидает библиотеку
Читатель 2 покидает библиотеку

Проверь себя

📋 Тест по теме «Семафоры» Тест по теме

Практические задания

Лёгкое Ручная проверка Заполните пропуск в коде (1)

+10 XP

В приведённом ниже фрагменте кода из этого урока пропущено одно слово. Определите его и впишите в поле ответа (без кавычек и пробелов).

// запускаем пять потоков
for (int i = _____; i < 6; i++)
{
    Reader reader = new Reader(i);
}
class Reader
{
    // создаем семафор
    static Semaphore sem = new Semaphore(3, 3);
    Thread myThread;
    int count = 3;// счетчик чтения

    public Reader(int i)
    {
        myThread = new Thread(Read);
        myThread.Name = $"Читатель {i}";
        myThread.Start();
    }

    public void Read()
    {
        while (count > 0)
        {
            sem.WaitOne();  // ожидаем, когда освободиться место

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} входит в библиотеку");

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} читает");
            Thread.Sleep(1000);

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} покидает библиотеку");

            sem.Release();  // освобождаем место

            count--;
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }
}

Войдите, чтобы отправить решение

Лёгкое Ручная проверка Заполните пропуск в коде (2)

+10 XP

static Semaphore _____ = new Semaphore(3, 3);

Войдите, чтобы отправить решение

Лёгкое Ручная проверка Заполните пропуск в коде (3)

+10 XP

_____.WaitOne();  // ожидаем, когда освободиться место

Войдите, чтобы отправить решение

Лёгкое Ручная проверка Заполните пропуск в коде (4)

+10 XP

sem._____();  // освобождаем место

Войдите, чтобы отправить решение

Лёгкое Ручная проверка Заполните пропуск в коде (5)

+10 XP

// запускаем пять потоков
for (int i = 1; i < 6; i++)
{
    Reader reader = new Reader(i);
}
class Reader
{
    // создаем семафор
    static _____ sem = new Semaphore(3, 3);
    Thread myThread;
    int count = 3;// счетчик чтения

    public Reader(int i)
    {
        myThread = new Thread(Read);
        myThread.Name = $"Читатель {i}";
        myThread.Start();
    }

    public void Read()
    {
        while (count > 0)
        {
            sem.WaitOne();  // ожидаем, когда освободиться место

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} входит в библиотеку");

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} читает");
            Thread.Sleep(1000);

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} покидает библиотеку");

            sem.Release();  // освобождаем место

            count--;
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }
}

Войдите, чтобы отправить решение

Среднее Ручная проверка Восстановите код по памяти (1)

+20 XP

В этом фрагменте кода урока пропущены два ключевых элемента. Впишите оба пропущенных значения через запятую в порядке появления (например: x, 5).

// запускаем пять потоков
for (int i = 1; i < 6; i++)
{
    _____ reader = new Reader(i);
}
class Reader
{
    // создаем семафор
    static _____ sem = new Semaphore(3, 3);
    Thread myThread;
    int count = 3;// счетчик чтения

    public Reader(int i)
    {
        myThread = new Thread(Read);
        myThread.Name = $"Читатель {i}";
        myThread.Start();
    }

    public void Read()
    {
        while (count > 0)
        {
            sem.WaitOne();  // ожидаем, когда освободиться место

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} входит в библиотеку");

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} читает");
            Thread.Sleep(1000);

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} покидает библиотеку");

            sem.Release();  // освобождаем место

            count--;
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }
}

Войдите, чтобы отправить решение

Среднее Ручная проверка Восстановите код по памяти (2)

+20 XP

static _____ sem = new Semaphore(_____, 3);

Войдите, чтобы отправить решение

Сложное Ручная проверка Объясните и модифицируйте пример из урока «Семафоры»

+30 XP

Опишите своими словами, что делает приведённый пример кода из урока «Семафоры», и предложите одно осмысленное изменение (например, другое входное значение или дополнительное условие). Приведите итоговый код.

// запускаем пять потоков
for (int i = 1; i < 6; i++)
{
    Reader reader = new Reader(i);
}
class Reader
{
    // создаем семафор
    static Semaphore sem = new Semaphore(3, 3);
    Thread myThread;
    int count = 3;// счетчик чтения

    public Reader(int i)
    {
        myThread = new Thread(Read);
        myThread.Name = $"Читатель {i}";
        myThread.Start();
    }

    public void Read()
    {
        while (count > 0)
        {
            sem.WaitOne();  // ожидаем, когда освободиться место

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} входит в библиотеку");

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} читает");
            Thread.Sleep(1000);

            Console.WriteLine($"{Thread.CurrentThread.Name} покидает библиотеку");

            sem.Release();  // освобождаем место

            count--;
            Thread.Sleep(1000);
        }
    }
}

Войдите, чтобы отправить решение

Сложное Ручная проверка Найдите потенциальную проблему в коде урока «Семафоры»

+30 XP

Изучите приведённый фрагмент кода и опишите, при каких входных данных или условиях он может сработать не так, как ожидается (граничный случай, отсутствие проверки и т.п.). Предложите исправленный вариант.

static Semaphore sem = new Semaphore(3, 3);

Войдите, чтобы отправить решение

Мини-проект Ручная проверка Мини-проект по теме «Семафоры»

+50 XP

Соберите небольшую программу, которая последовательно демонстрирует ключевые идеи урока. Программа должна быть рабочей и содержать минимум два самостоятельно написанных фрагмента, а не просто копию примера из урока.

Войдите, чтобы отправить решение

Домашнее задание Ручная проверка Домашнее задание по теме «Семафоры»

+25 XP

Напишите собственную небольшую программу, применяющую материал темы «Семафоры». Используйте не менее одной конструкции, показанной в примерах урока. Прикрепите код решения и краткое описание того, что он делает.

Войдите, чтобы отправить решение

← Мьютексы

Обсуждение (0)

Войдите, чтобы оставить комментарий.

Семафоры

Проверь себя

Практические задания

Похожие уроки

Обсуждение (0)