java Semaphore

簡介

        信號量(Semaphore)，有時被稱為信號燈，是在多線程環(huán)境下使用的一種設(shè)施, 它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個線程, 以保證它們能夠正確、合理的使用公共資源。

        一個計數(shù)信號量。從概念上講，信號量維護(hù)了一個許可集。如有必要，在許可可用前會阻塞每一個 acquire()，然后再獲取該許可。每個 release() 添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。但是，不使用實際的許可對象，Semaphore 只對可用許可的號碼進(jìn)行計數(shù)，并采取相應(yīng)的行動。拿到信號量的線程可以進(jìn)入代碼，否則就等待。通過acquire()和release()獲取和釋放訪問許可。

概念

        Semaphore分為單值和多值兩種，前者只能被一個線程獲得，后者可以被若干個線程獲得。

     以一個停車場運(yùn)作為例。為了簡單起見，假設(shè)停車場只有三個車位，一開始三個車位都是空的。這時如果同時來了五輛車，看門人允許其中三輛不受阻礙的進(jìn)入，然后放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此后來的車也都不得不在入口處等待。這時，有一輛車離開停車場，看門人得知后，打開車攔，放入一輛，如果又離開兩輛，則又可以放入兩輛，如此往復(fù)。

    在這個停車場系統(tǒng)中，車位是公共資源，每輛車好比一個線程，看門人起的就是信號量的作用。

    更進(jìn)一步，信號量的特性如下：信號量是一個非負(fù)整數(shù)（車位數(shù)），所有通過它的線程（車輛）都會將該整數(shù)減一（通過它當(dāng)然是為了使用資源），當(dāng)該整數(shù)值為零時，所有試圖通過它的線程都將處于等待狀態(tài)。在信號量上我們定義兩種操作： Wait（等待） 和 Release（釋放）。 當(dāng)一個線程調(diào)用Wait（等待）操作時，它要么通過然后將信號量減一，要么一直等下去，直到信號量大于一或超時。Release（釋放）實際上是在信號量上執(zhí)行加操作，對應(yīng)于車輛離開停車場，該操作之所以叫做“釋放”是因為加操作實際上是釋放了由信號量守護(hù)的資源。

    在Java中，還可以設(shè)置該信號量是否采用公平模式，如果以公平方式執(zhí)行，則線程將會按到達(dá)的順序（FIFO）執(zhí)行，如果是非公平，則可以后請求的有可能排在隊列的頭部。
JDK中定義如下：

        Semaphore(int permits, boolean fair)

　　   創(chuàng)建具有給定的許可數(shù)和給定的公平設(shè)置的Semaphore。

    Semaphore當(dāng)前在多線程環(huán)境下被擴(kuò)放使用，操作系統(tǒng)的信號量是個很重要的概念，在進(jìn)程控制方面都有應(yīng)用。Java并發(fā)庫Semaphore 可以很輕松完成信號量控制，Semaphore可以控制某個資源可被同時訪問的個數(shù)，通過 acquire() 獲取一個許可，如果沒有就等待，而 release() 釋放一個許可。比如在Windows下可以設(shè)置共享文件的最大客戶端訪問個數(shù)。

    Semaphore實現(xiàn)的功能就類似廁所有5個坑，假如有10個人要上廁所，那么同時只能有多少個人去上廁所呢？同時只能有5個人能夠占用，當(dāng)5個人中 的任何一個人讓開后，其中等待的另外5個人中又有一個人可以占用了。另外等待的5個人中可以是隨機(jī)獲得優(yōu)先機(jī)會，也可以是按照先來后到的順序獲得機(jī)會，這取決于構(gòu)造Semaphore對象時傳入的參數(shù)選項。單個信號量的Semaphore對象可以實現(xiàn)互斥鎖的功能，并且可以是由一個線程獲得了“鎖”，再由另一個線程釋放“鎖”，這可應(yīng)用于死鎖恢復(fù)的一些場合。

代碼示例

import java.util.concurrent.ExecutorService; 
import java.util.concurrent.Executors; 
import java.util.concurrent.Semaphore; 
 
 
/** 
 * DateTime: 2015年1月1日 下午6:41:01 
 * 
 */ 
public class SemaPhore { 
  public static void main(String[] args) { 
    // 線程池 
    ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); 
    // 只能5個線程同時訪問 
    final Semaphore semp = new Semaphore(5); 
    // 模擬20個客戶端訪問 
    for (int index = 0; index < 50; index++) { 
      final int NO = index; 
      Runnable run = new Runnable() { 
        public void run() { 
          try {<span id="transmark"></span> 
            // 獲取許可 
            semp.acquire(); 
            System.out.println("Accessing: " + NO); 
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 6000)); 
            // 訪問完后，釋放 
            semp.release(); 
            //availablePermits()指的是當(dāng)前信號燈庫中有多少個可以被使用 
            System.out.println("-----------------" + semp.availablePermits());  
          } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
          } 
        } 
      }; 
      exec.execute(run); 
    } 
    // 退出線程池 
    exec.shutdown(); 
  } 

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