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Semaphore使用以及原理

Java 更新时间: 发布时间: IT归档 最新发布 模块sitemap 名妆网 法律咨询 聚返吧 英语巴士网 伯小乐 网商动力

Semaphore使用以及原理

1. Semaphore的使用
1) Semaphore,俗称信号量 基于AbstractQueuedSynchronizer实现!AQS

2) Semaphore管理着一组许可permit,许可的初始数量通过构造函数设定。

3) 默认使用非公平的方式 sync = new NonfairSync(permits);
   使用Semaphore可以控制同时访问资源的线程个数,例如,实现一个文件允许的并发访问数

4) 当线程要访问共享资源时,需要先通过acquire()方法获取许可。获取到之后许可就被当前线程占用了,在归还许可之前其他线程不能获取这个许可。
调用acquire()方法时,如果没有许可可用了,就将线程阻塞,等待有许可被归还了再执行。
当执行完业务功能后,需要通过release()方法将许可证归还,以便其他线程能够获得许可证继续执行。
如果初始化了一个许可为1的Semaphore,那么就相当于一个不可重入的互斥锁(Mutex)。

举个生活中的小栗子:

我们假设停车场仅有3个停车位,停车位就是有限的共享资源,许可数为3。一开始停车场没有车辆所有车位全部空着,然后先后到来三辆车,停车场车位够,安排进去停车。之后来的车必须在外面候着,直到停车场有空车位。当停车场有车开出去,里面有空位了,则安排一辆车进去(至于是哪辆要看选择的机制是公平还是非公平)。

从程序角度看,停车场就相当于有限的公共资源,许可数为3,车辆就相当于线程。当来一辆车时,许可数就会减1,当停车场没有车位了(许可数为0),其他来的车辆需要在外面等候着。如果有一辆车开出停车场,许可数+1,然后放进来一辆

2.代码举例实现

package com.concurrent;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;


public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {


        //Semaphore管理着一组许可permit,许可的初始数量通过构造函数设定。

        
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        for (int i = 1; i <=6 ; i++) {
                  new Thread(() -> {

                      try {
                          semaphore.acquire();
                          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t 抢到了车位");
                           try {
                                 TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                                } catch (Exception e) {
                                 e.printStackTrace();
                             }
                          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"t 停车3s后离开");
                      } catch (InterruptedException e) {
                          e.printStackTrace();
                      }finally {
                          semaphore.release();
                      }

                  },String.valueOf(i)).start();
        }

    }
}

代码结果输出:

1     抢到了车位
3     抢到了车位
2     抢到了车位
1     停车3s后离开
4     抢到了车位
3     停车3s后离开
2     停车3s后离开
5     抢到了车位
6     抢到了车位
5     停车3s后离开
6     停车3s后离开
4     停车3s后离开

Semaphore可以用于做流量控制,特别是公共资源有限的应用场景,比如数据库连接。假如有多个线程读取数据后,需要将数据保存在数据库中,而可用的最大数据库连接只有10个,这时候就需要使用Semaphore来控制能够并发访问到数据库连接资源的线程个数最多只有10个。在限制资源使用的应用场景下,Semaphore是特别合适的。

3.源码分析 acquire()

acquire()方法就是获取许可,获取到许可就可以继续执行访问共享资源,获取不到就阻塞等待其他线程归还许可。

AQS.state用来记录可用的许可数量,每获取一个许可state减1。

public void acquire() throws InterruptedException {
    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

// 真正获取锁的方法,由Semaphore.NonfairSync实现 doAcquireSharedInterruptibly(arg); // 获取锁失败,当前线程阻塞并进入AQS同步队列} protected final boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;) { int current = getState(); int next = current + releases;// 每归还一个许可将state加1 // if (next < current) // overflow throw new Error("Maximum permit count exceeded"); if (compareAndSetState(current, next)) return true; } } }

5.小总结

信号量Semaphore用于控制资源能够被并发访问的线程数量,以保证多个线程能够合理的使用特定资源,比如数据库连接等。

Semaphore在构造时设置一个许可数量,这个许可数量用AQS.state来记录。

acquire()方法就是获取许可,只有获取到许可才可以继续执行访问共享资源,获取到许可之后AQS.state减1,以记录当前可用的许可数量;如果获取不到许可,线程就阻塞等待其他线程归还许可。

release()方法将许可归还,AQS.state加1;归还之后,唤醒AQS队列中阻塞的线程获取许可。

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