Java中的Semaphore如何使用
簡介
semaphore
中文意思既是信號量,它的主要功能就是用來控制某個資源同時被訪問的線程數(shù)。
為了控制某塊資源的并發(fā)訪問量時,可以使用Semaphore
對象中的acquire()
方法獲取訪問令牌,如果Semaphore
對象訪問令牌已發(fā)完,那么當(dāng)前獲取令牌的線程將會進(jìn)入阻塞,帶其他線程進(jìn)行release()
釋放令牌時,當(dāng)前線程才有機會獲得令牌從而擁有訪問權(quán)限。
簡述實現(xiàn)原理
Semaphore
實際上是一種共享鎖,因為它允許多個線程并發(fā)獲取共享的資源。在Semaphore
對象創(chuàng)建時必須設(shè)置可用令牌的初始數(shù)量permits
,用于控制并發(fā)時同時獲取資源權(quán)限的線程數(shù)量。在Semaphore
類中繼承了同步隊列AbstractQueuedSynchronizer
,在此類中有個屬性state
用于標(biāo)記當(dāng)前并發(fā)的隊列數(shù),也就是獲取令牌的線程數(shù),那么在進(jìn)行acquire()
的時候,就會嘗試獲取共享鎖,獲取鎖成功后state
值將加1,如果state
值已經(jīng)達(dá)到permits
時就表示令牌已派發(fā)完,當(dāng)前線程將進(jìn)入阻塞狀態(tài),待其他線程進(jìn)行release()
時state
值將減1,此時就會從隊列中獲取頭部線程進(jìn)行喚醒讓其獲得令牌進(jìn)行資源訪問。
如下圖,仔細(xì)查看源碼就會發(fā)現(xiàn)Semaphore
實際上就是重寫了AbstractQueuedSynchronizer
中的tryAcquireShared()
、tryReleaseShared()
方法來實現(xiàn)的。
方法介紹
Semaphore
重載了兩個構(gòu)造函數(shù),其一是Semaphore(int permits)
直接指定令牌數(shù),默認(rèn)為非公平鎖;其二是Semaphore(int permits,boolean fair)
,fair參數(shù)即表示線程搶占令牌的公平性,true為公平鎖,否則為非公平鎖。acquire()
無參表示默認(rèn)獲取一個令牌,acquire(int permits)
表示獲取指定permits
數(shù)量的令牌數(shù),如果令牌不夠,則當(dāng)前線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)。
tryAcquire()
無參表示嘗試獲取一個令牌,該方法是非阻塞的,所以如果令牌數(shù)不夠獲取失敗返回false,否則就返回true;同時也重載了方法tryAcquire(int permits)
指定獲取令牌數(shù),tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)
在有效時間內(nèi)嘗試獲取指定數(shù)量的令牌數(shù),如果超時仍未獲取到令牌則返回false,否則返回true。 release
同上支持無參與帶參指定釋放令牌數(shù)的方法。 drainPermits()
獲取剩下的可用令牌。 hasQueuedThread()
用于判斷當(dāng)前Semaphare實例中是否存在等待獲取令牌的線程。
案例分析
分析一下下面這段簡短的代碼,首先是創(chuàng)建一個信號量為5的Semaphore
對象,然后在創(chuàng)建一個線程池(這里為了演示方便,實際開發(fā)中不建議使用此線程池創(chuàng)建),利用for循環(huán)并發(fā)運行100個線程,當(dāng)線程運行時優(yōu)先獲取一個令牌,在線程中的業(yè)務(wù)代碼里我們做了1秒的休眠,為了展示等待獲取令牌的效果,在延遲1秒執(zhí)行完業(yè)務(wù)代碼時進(jìn)行令牌釋放,后續(xù)的線程才能逐個被喚醒獲取令牌訪問共享資源。
@Slf4j public class SemaphoreDemo { public static void main(String[] args) { Semaphore semaphore = new Semaphore(5); ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < 100; i++) { executorService.execute(() -> { try { semaphore.acquire(); log.info("成功獲取令牌"); TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { log.info("釋放令牌"); semaphore.release(); } }); } executorService.shutdown(); } }
- 運行結(jié)果
由下圖運行結(jié)果可見,100個線程并發(fā)并不是一次性都執(zhí)行完的,而是要等待前面的線程釋放令牌后等待的線程才可以獲取令牌進(jìn)行業(yè)務(wù)代碼的運行。
適用場景
Semaphore
主要是運用在多線程環(huán)境中對某一些共享資源的訪問量限制,防止多個線程并發(fā)訪問同一資源,可能會導(dǎo)致大多數(shù)線程獲取資源時都需要進(jìn)行加鎖,那如果是獲取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),那么就可以緩解數(shù)據(jù)庫的壓力。
另一種情況是用于多線程運行的一個流量限制,一般情況下我們可能會通過線程池做一步線程數(shù)的控制,但是某些業(yè)務(wù)為了減輕CPU的負(fù)擔(dān),還是會做一些同時運行線程數(shù)的限制。
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