Java 信号量pv操作

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mob64ca12d94299 2024-12-14 08:08:55 ©著作权

文章标签 信号量 Java java 文章分类 Java 后端开发

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Java 信号量 pv 操作简介

在并发编程中，信号量是一种重要的同步机制。Java 提供了 Semaphore 类来实现信号量的操作。信号量可以用于控制对共享资源的访问，尤其是在多线程环境中，是确保数据一致性和防止资源竞争的重要工具。

信号量的概念

信号量是一个计数器，用于控制访问某个特定资源的线程数。它可以被视为一种计数锁，主要用于以下目的：

控制资源的数量：只允许一定数量的线程访问某些资源。
实现互斥：类似于互斥锁，防止多个线程同时访问共享资源。

信号量的基本操作是 P 操作和 V 操作，这两者通常表示为：

P 操作（也称为等待或获取）：当信号量的值大于零时，它将减一并允许线程继续。如果值为零，则线程将被阻塞。
V 操作（也称为释放或信号）：将信号量的值加一，使得可以有更多的线程访问资源。

Java 中的 Semaphore 类

Java 的 java.util.concurrent 包提供的 Semaphore 类实现了信号量，这个类可以很方便地进行 P 和 V 操作。

Semaphore 类基本方法

Semaphore 类主要包含以下几种方法：

acquire(): 抢占一个信号量，如果没有可用的信号量则会阻塞线程。
release(): 释放一个信号量，增加计数的数量。
tryAcquire(): 尝试获取一个信号量，如果没有可用的则返回 false。

代码示例

下面是一个使用 Semaphore 控制对共享资源访问的示例。假设我们有一个停车场，只能容纳有限数量的汽车。

import java.util.concurrent.Semaphore;

class ParkingLot {
    private final Semaphore semaphore;

    public ParkingLot(int capacity) {
        this.semaphore = new Semaphore(capacity);
    }

    public void parkCar(String carName) {
        try {
            System.out.println(carName + " is trying to park.");
            semaphore.acquire(); // P 操作
            System.out.println(carName + " has parked.");
            Thread.sleep(2000); // 模拟停车时间
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        } finally {
            System.out.println(carName + " is leaving.");
            semaphore.release(); // V 操作
        }
    }
}

public class ParkingLotTest {
    public static void main(String[] args) {
        ParkingLot parkingLot = new ParkingLot(3); // 停车场最多容纳 3 辆车

        // 创建多个线程模拟汽车停车
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            final String carName = "Car " + i;
            new Thread(() -> parkingLot.parkCar(carName)).start();
        }
    }
}

代码分析

在上述代码中，我们定义了一个 ParkingLot 类，它代表一个停车场。该类使用 Semaphore 来限制可同时停放的汽车数量。通过 acquire() 方法，汽车试图占用一个停车位置，如果没有位置可用，则该线程会被阻塞。成功停车后，线程会暂停一定时间以模拟停车过程，最后通过 release() 方法释放停车位。

类图

以下是 ParkingLot 类和信号量之间关系的类图，使用 Mermaid 语法表示：

classDiagram
    class ParkingLot {
        -Semaphore semaphore
        +ParkingLot(int capacity)
        +parkCar(String carName)
    }
    ParkingLot --> Semaphore : uses