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Java中的Semaphore如何使用

更新時(shí)間：2022年06月27日 14:51:22 作者：生命猿于運(yùn)動(dòng)

Semaphore實(shí)際上是一種共享鎖，因?yàn)樗试S多個(gè)線程并發(fā)獲取共享的資源，在Semaphore對(duì)象創(chuàng)建時(shí)必須設(shè)置可用令牌的初始數(shù)量permits，用于控制并發(fā)時(shí)同時(shí)獲取資源權(quán)限的線程數(shù)量，這篇文章主要介紹了Java中的Semaphore如何使用,需要的朋友可以參考下

簡介

semaphore中文意思既是信號(hào)量，它的主要功能就是用來控制某個(gè)資源同時(shí)被訪問的線程數(shù)。

為了控制某塊資源的并發(fā)訪問量時(shí)，可以使用Semaphore對(duì)象中的acquire()方法獲取訪問令牌，如果Semaphore對(duì)象訪問令牌已發(fā)完，那么當(dāng)前獲取令牌的線程將會(huì)進(jìn)入阻塞，帶其他線程進(jìn)行release()釋放令牌時(shí)，當(dāng)前線程才有機(jī)會(huì)獲得令牌從而擁有訪問權(quán)限。

簡述實(shí)現(xiàn)原理

Semaphore實(shí)際上是一種共享鎖，因?yàn)樗试S多個(gè)線程并發(fā)獲取共享的資源。在Semaphore對(duì)象創(chuàng)建時(shí)必須設(shè)置可用令牌的初始數(shù)量permits，用于控制并發(fā)時(shí)同時(shí)獲取資源權(quán)限的線程數(shù)量。在Semaphore類中繼承了同步隊(duì)列AbstractQueuedSynchronizer，在此類中有個(gè)屬性state用于標(biāo)記當(dāng)前并發(fā)的隊(duì)列數(shù)，也就是獲取令牌的線程數(shù)，那么在進(jìn)行acquire()的時(shí)候，就會(huì)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(shí)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(shí)state值將減1，此時(shí)就會(huì)從隊(duì)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(huì)發(fā)現(xiàn)Semaphore實(shí)際上就是重寫了AbstractQueuedSynchronizer中的tryAcquireShared()、tryReleaseShared()方法來實(shí)現(xiàn)的。

方法介紹

Semaphore重載了兩個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)間內(nèi)嘗試獲取指定數(shù)量的令牌數(shù)，如果超時(shí)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(shí)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(gè)信號(hào)量為5的Semaphore對(duì)象，然后在創(chuàng)建一個(gè)線程池（這里為了演示方便，實(shí)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(yùn)行100個(gè)線程，當(dāng)線程運(yùn)行時(shí)優(yōu)先獲取一個(gè)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(shí)進(jìn)行令牌釋放，后續(xù)的線程才能逐個(gè)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(yùn)行結(jié)果

由下圖運(yùn)行結(jié)果可見，100個(gè)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(yùn)行。

適用場景

Semaphore主要是運(yùn)用在多線程環(huán)境中對(duì)某一些共享資源的訪問量限制，防止多個(gè)線程并發(fā)訪問同一資源，可能會(huì)導(dǎo)致大多數(shù)線程獲取資源時(shí)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(yùn)行的一個(gè)流量限制，一般情況下我們可能會(huì)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(huì)做一些同時(shí)運(yùn)行線程數(shù)的限制。

到此這篇關(guān)于Java中的Semaphore如何使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Semaphore使用內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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