namespace Digital_Patterns.Creational.Object_Pool.Soft
{
    /// <summary>
    /// Интерфейс для использования шаблона "Object Pool" <see cref="Object_Pool"/>
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    public interface ICreation<T>
    {
        /// <summary>
        /// Возвращает вновь созданный объект
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        T Create();
    }
}

using System;
using System.Collections;
using System.Threading;

namespace Digital_Patterns.Creational.Object_Pool.Soft
{
    /// <summary>
    /// Реализация пула объектов, использующего "мягкие" ссылки
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    public class ObjectPool<T> where T : class
    {
        /// <summary>
        /// Объект синхронизации
        /// </summary>
        private Semaphore semaphore;

        /// <summary>
        /// Коллекция содержит управляемые объекты
        /// </summary>
        private ArrayList pool;

        /// <summary>
        /// Ссылка на объект, которому делегируется ответственность 
        /// за создание объектов пула
        /// </summary>
        private ICreation<T> creator;

        /// <summary>
        /// Количество объектов, существующих в данный момент
        /// </summary>
        private Int32 instanceCount;

        /// <summary>
        /// Максимальное количество управляемых пулом объектов
        /// </summary>
        private Int32 maxInstances;

        /// <summary>
        /// Создание пула объектов
        /// </summary>
        /// <param name="creator">Объект, которому пул будет делегировать ответственность
        /// за создание управляемых им объектов</param>
        public ObjectPool(ICreation<T> creator)
            : this(creator, Int32.MaxValue)
        {
        }

        /// <summary>
        /// Создание пула объектов
        /// </summary>
        /// <param name="creator">Объект, которому пул будет делегировать ответственность
        /// за создание управляемых им объектов</param>
        /// <param name="maxInstances">Максимальное количество экземпляров классов,
        /// которым пул разрешает существовать одновременно
        /// </param>
        public ObjectPool(ICreation<T> creator, Int32 maxInstances)
        {
            this.creator = creator;
            this.instanceCount = 0;
            this.maxInstances = maxInstances;
            this.pool = new ArrayList();
            this.semaphore = new Semaphore(0, this.maxInstances);
        }

        /// <summary>
        /// Возвращает количество объектов в пуле, ожидающих повторного
        /// использования. Реальное количество может быть меньше
        /// этого значения, поскольку возвращаемая 
        /// величина - это количество "мягких" ссылок в пуле.
        /// </summary>
        public Int32 Size
        {
            get
            {
                lock(pool)
                {
                    return pool.Count;
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// Возвращает количество управляемых пулом объектов,
        /// существующих в данный момент
        /// </summary>
        public Int32 InstanceCount { get { return instanceCount; } }

        /// <summary>
        /// Получить или задать максимальное количество управляемых пулом
        /// объектов, которым пул разрешает существовать одновременно.
        /// </summary>
        public Int32 MaxInstances
        {
            get { return maxInstances; }
            set { maxInstances = value; }
        }

        /// <summary>
        /// Возвращает из пула объект. При пустом пуле будет создан
        /// объект, если количество управляемых пулом объектов не 
        /// больше или равно значению, возвращаемому методом 
        /// <see cref="ObjectPool{T}.MaxInstances"/>. Если количество управляемых пулом 
        /// объектов превышает это значение, то данный метод возварщает null 
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public T GetObject()
        {
            lock(pool)
            {
                T thisObject = RemoveObject();
                if (thisObject != null)
                    return thisObject;

                if (InstanceCount < MaxInstances)
                    return CreateObject();
                
                return null;
            }
        }

        /// <summary>
        /// Возвращает из пула объект. При пустом пуле будет создан
        /// объект, если количество управляемых пулом объектов не 
        /// больше или равно значению, возвращаемому методом 
        /// <see cref="ObjectPool{T}.MaxInstances"/>. Если количество управляемых пулом 
        /// объектов превышает это значение, то данный метод будет ждать до тех
        /// пор, пока какой-нибудь объект не станет доступным для
        /// повторного использования.
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public T WaitForObject()
        {
            lock(pool)
            {
                T thisObject = RemoveObject();
                if (thisObject != null)
                    return thisObject;

                if (InstanceCount < MaxInstances)
                    return CreateObject();
            }
            semaphore.WaitOne();
            return WaitForObject();
        }

        /// <summary>
        /// Удаляет объект из коллекции пула и возвращает его 
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private T RemoveObject()
        {
            while (pool.Count > 0 )
            {
                var refThis = (WeakReference) pool[pool.Count - 1];
                pool.RemoveAt(pool.Count - 1);
                var thisObject = (T)refThis.Target;
                if (thisObject != null)
                    return thisObject;
                instanceCount--;
            }
            return null;
        }

        /// <summary>
        /// Создать объект, управляемый этим пулом
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        private T CreateObject()
        {
            T newObject = creator.Create();
            instanceCount++;
            return newObject;
        }

        /// <summary>
        /// Освобождает объект, помещая его в пул для
        /// повторного использования
        /// </summary>
        /// <param name="obj"></param>
        /// <exception cref="NullReferenceException"></exception>
        public void Release(T obj)
        {
            if(obj == null)
                throw new NullReferenceException();
            lock(pool)
            {
                var refThis = new WeakReference(obj);
                pool.Add(refThis);
                semaphore.Release();
            }
        }
    }
}

namespace Digital_Patterns.Creational.Object_Pool.Soft
{
    public class Reusable
    {
        public Object[] Objs { get; protected set; }

        public Reusable(params Object[] objs)
        {
            this.Objs = objs;
        }
    }

    public class Creator : ICreation<Reusable>
    {
        private static Int32 iD = 0;

        public Reusable Create()
        {
            ++iD;
            return new Reusable(iD);
        }
    }

    public class ReusablePool : ObjectPool<Reusable>
    {
        public ReusablePool()
            : base(new Creator(), 2)
        {
            
        }
    }
}

using System;
using System.Threading;
using Digital_Patterns.Creational.Object_Pool.Soft;

namespace Digital_Patterns
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine(System.Reflection.MethodInfo.GetCurrentMethod().Name);
            var reusablePool = new ReusablePool();

            var thrd1 = new Thread(Run);
            var thrd2 = new Thread(Run);
            var thisObject1 = reusablePool.GetObject();
            var thisObject2 = reusablePool.GetObject();
            thrd1.Start(reusablePool);
            thrd2.Start(reusablePool);
            ViewObject(thisObject1);
            ViewObject(thisObject2);
            Thread.Sleep(2000);
            reusablePool.Release(thisObject1);
            Thread.Sleep(2000);
            reusablePool.Release(thisObject2);

            Console.ReadKey();
        }

        private static void Run(Object obj)
        {
            Console.WriteLine("\t" + System.Reflection.MethodInfo.GetCurrentMethod().Name);
            var reusablePool = (ReusablePool)obj;
            Console.WriteLine("\tstart wait");
            var thisObject1 = reusablePool.WaitForObject();
            ViewObject(thisObject1);
            Console.WriteLine("\tend wait");
            reusablePool.Release(thisObject1);
        }

        private static void ViewObject(Reusable thisObject)
        {
            foreach (var obj in thisObject.Objs)
            {
                Console.Write(obj.ToString() + @" ");
            }
            Console.WriteLine();
        }
    }
}