Semaphore java 实现原理 java的semaphore用法

转载

我是数据分析师 2023-08-31 09:42:18

文章标签 Semaphore java 实现原理 java 开发语言后端信号量 文章分类 Java 后端开发

原理

Semaphore当前在多线程环境下被扩放使用，操作系统的信号量是个很重要的概念，在进程控制方面都有应用。Java 并发库的Semaphore 可以很轻松完成信号量控制，Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的个数，通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。比如在Windows下可以设置共享文件的最大客户端访问个数。

Semaphore实现的功能就类似厕所有5个坑，假如有10个人要上厕所，那么同时只能有多少个人去上厕所呢？同时只能有5个人能够占用，当5个人中的任何一个人让开后，其中等待的另外5个人中又有一个人可以占用了。另外等待的5个人中可以是随机获得优先机会，也可以是按照先来后到的顺序获得机会，这取决于构造Semaphore对象时传入的参数选项。单个信号量的Semaphore对象可以实现互斥锁的功能，并且可以是由一个线程获得了“锁”，再由另一个线程释放“锁”，这可应用于死锁恢复的一些场合。

Semaphore维护了当前访问的个数，提供同步机制，控制同时访问的个数。在数据结构中链表可以保存“无限”的节点，用Semaphore可以实现有限大小的链表。另外重入锁 ReentrantLock 也可以实现该功能，但实现上要复杂些。

用法

Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：

public Semaphore(int permits) {          //参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问
    sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {    //这个多了一个参数fair表示是否是公平的，即等待时间越久的越先获取许可
    sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}

acquire()、release()方法：

public void acquire() throws InterruptedException {  }     //获取一个许可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException { }    //获取permits个许可
public void release() { }          //释放一个许可
public void release(int permits) { }    //释放permits个许可

这4个方法都会被阻塞，如果想立即得到执行结果，可以使用下面几个方法：

public boolean tryAcquire() { };    //尝试获取一个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //尝试获取一个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits) { }; //尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取permits个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false

最后通过availablePermits()方法得到可用的许可数目。

例子

下面的Demo中申明了一个只有5个许可的Semaphore，而有20个线程要访问这个资源，通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

public static class TestSemaphore {
        public static void main(String[] args) {
            // 线程池
            ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
            // 只能5个线程同时访问
            final Semaphore semp = new Semaphore(5);
            // 模拟20个客户端访问
            for (int index = 0; index < 20; index++) {
                final int NO = index;
                Runnable run = new Runnable() {
                    public void run() {
                        try {
                            // 获取许可
                            semp.acquire();
                            System.out.println("Accessing: " + NO);
                            Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                            // 访问完后，释放
                            semp.release();
                            System.out.println("-----------------"+semp.availablePermits());
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                };
                exec.execute(run);
            }
            // 退出线程池
            exec.shutdown();
        }
    }

一共有五个信号量，允许最多5个线程进入

Semaphore java 实现原理 java的semaphore用法_后端