Java的Semaphore信號量使用及原理解析
1、Semaphore 是什么
Semaphore 通常我們叫它信號量, 可以用來控制同時訪問特定資源的線程數(shù)量,通過協(xié)調(diào)各個線程,以保證合理的使用資源。
可以把它簡單的理解成我們停車場入口立著的那個顯示屏,每有一輛車進入停車場顯示屏就會顯示剩余車位減1,每有一輛車從停車場出去,顯示屏上顯示的剩余車輛就會加1,當顯示屏上的剩余車位為0時,停車場入口的欄桿就不會再打開,車輛就無法進入停車場了,直到有一輛車從停車場出去為止。
2、使用場景
朱勇用于那些資源有明確訪問數(shù)量限制的場景,常用于限流 。
比如:數(shù)據(jù)庫連接池,同時進行連接的線程有數(shù)量限制,連接不能超過一定的數(shù)量,當連接達到了限制數(shù)量后,后面的線程只能排隊等前面的線程釋放了數(shù)據(jù)庫連接才能獲得數(shù)據(jù)庫連接。
比如:停車場場景,車位數(shù)量有限,同時只能容納多少臺車,車位滿了之后只有等里面的車離開停車場外面的車才可以進入。
3、Semaphore常用方法說明
信號量的構造函數(shù) 非公平:
public Semaphore(int permits);//permits就是允許同時運行的線程數(shù)目
公平(獲得鎖的順序與線程啟動順序有關):
public Semaphore(int permits,boolean fair);//permits就是允許同時運行的線程數(shù)目
acquire() 獲取一個令牌,在獲取到令牌、或者被其他線程調(diào)用中斷之前線程一直處于阻塞狀態(tài)。 ? acquire(int permits) 獲取一個令牌,在獲取到令牌、或者被其他線程調(diào)用中斷、或超時之前線程一直處于阻塞狀態(tài)。 acquireUninterruptibly() 獲取一個令牌,在獲取到令牌之前線程一直處于阻塞狀態(tài)(忽略中斷)。 tryAcquire() 嘗試獲得令牌,返回獲取令牌成功或失敗,不阻塞線程。 ? tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) 嘗試獲得令牌,在超時時間內(nèi)循環(huán)嘗試獲取,直到嘗試獲取成功或超時返回,不阻塞線程。 ? release() 釋放一個令牌,喚醒一個獲取令牌不成功的阻塞線程。 ? hasQueuedThreads() 等待隊列里是否還存在等待線程。 ? getQueueLength() 獲取等待隊列里阻塞的線程數(shù)。 ? drainPermits() 清空令牌把可用令牌數(shù)置為0,返回清空令牌的數(shù)量。 ? availablePermits() 返回可用的令牌數(shù)量。
4、用semaphore 實現(xiàn)停車場提示牌功能。
每個停車場入口都有一個提示牌,上面顯示著停車場的剩余車位還有多少,當剩余車位為0時,不允許車輛進入停車場,直到停車場里面有車離開停車場,這時提示牌上會顯示新的剩余車位數(shù)。
業(yè)務場景 :
1、停車場容納總停車量10。
2、當一輛車進入停車場后,顯示牌的剩余車位數(shù)響應的減1.
3、每有一輛車駛出停車場后,顯示牌的剩余車位數(shù)響應的加1。
4、停車場剩余車位不足時,車輛只能在外面等待。
代碼:
public class TestCar {
?
//停車場同時容納的車輛10
private static Semaphore semaphore=new Semaphore(10);
?
public static void main(String[] args) {
?
//模擬100輛車進入停車場
for(int i=0;i<100;i++){
?
Thread thread=new Thread(new Runnable() {
public void run() {
try {
System.out.println("===="+Thread.currentThread().getName()+"來到停車場");
if(semaphore.availablePermits()==0){
System.out.println("車位不足,請耐心等待");
}
semaphore.acquire();//獲取令牌嘗試進入停車場
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"成功進入停車場");
Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));//模擬車輛在停車場停留的時間
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"駛出停車場");
semaphore.release();//釋放令牌,騰出停車場車位
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
},i+"號車");
?
thread.start();
?
}
?
}
}
?5、Semaphore實現(xiàn)原理
(1)、Semaphore初始化
Semaphore semaphore=new Semaphore(2);
1、當調(diào)用new Semaphore(2) 方法時,默認會創(chuàng)建一個非公平的鎖的同步阻塞隊列。
2、把初始令牌數(shù)量賦值給同步隊列的state狀態(tài),state的值就代表當前所剩余的令牌數(shù)量。
初始化完成后同步隊列信息如下圖:

(2)獲取令牌
semaphore.acquire();
1、當前線程會嘗試去同步隊列獲取一個令牌,獲取令牌的過程也就是使用原子的操作去修改同步隊列的state ,獲取一個令牌則修改為state=state-1。
2、 當計算出來的state<0,則代表令牌數(shù)量不足,此時會創(chuàng)建一個Node節(jié)點加入阻塞隊列,掛起當前線程。
3、當計算出來的state>=0,則代表獲取令牌成功。
源碼:
/**
* 獲取1個令牌
*/
public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}/**
* 共享模式下獲取令牌,獲取成功則返回,失敗則加入阻塞隊列,掛起線程
* @param arg
* @throws InterruptedException
*/
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
//嘗試獲取令牌,arg為獲取令牌個數(shù),當可用令牌數(shù)減當前令牌數(shù)結果小于0,則創(chuàng)建一個節(jié)點加入阻塞隊列,掛起當前線程。
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}/**
* 1、創(chuàng)建節(jié)點,加入阻塞隊列,
* 2、重雙向鏈表的head,tail節(jié)點關系,清空無效節(jié)點
* 3、掛起當前節(jié)點線程
* @param arg
* @throws InterruptedException
*/
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
//創(chuàng)建節(jié)點加入阻塞隊列
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
//獲得當前節(jié)點pre節(jié)點
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);//返回鎖的state
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
//重組雙向鏈表,清空無效節(jié)點,掛起當前線程
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}線程1、線程2、線程3、分別調(diào)用semaphore.acquire(),整個過程隊列信息變化如下圖:

(3)、釋放令牌
semaphore.release();
當調(diào)用semaphore.release() 方法時
1、線程會嘗試釋放一個令牌,釋放令牌的過程也就是把同步隊列的state修改為state=state+1的過程
2、釋放令牌成功之后,同時會喚醒同步隊列的所有阻塞節(jié)共享節(jié)點線程
3、被喚醒的節(jié)點會重新嘗試去修改state=state-1 的操作,如果state>=0則獲取令牌成功,否則重新進入阻塞隊列,掛起線程。
源碼:
/**
* 釋放令牌
*/
public void release() {
sync.releaseShared(1);
}/**
*釋放共享鎖,同時喚醒所有阻塞隊列共享節(jié)點線程
* @param arg
* @return
*/
public final boolean releaseShared(int arg) {
//釋放共享鎖
if (tryReleaseShared(arg)) {
//喚醒所有共享節(jié)點線程
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
} /**
* 喚醒所有共享節(jié)點線程
*/
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {//是否需要喚醒后繼節(jié)點
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))//修改狀態(tài)為初始0
continue;
unparkSuccessor(h);//喚醒h.nex節(jié)點線程
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE));
}
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}繼上面的圖,當我們線程1調(diào)用semaphore.release(); 時候整個流程如下圖:

到此這篇關于Java的Semaphore信號量使用及原理解析的文章就介紹到這了,更多相關Semaphore信號量解析內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!
相關文章
解決@Cacheable在同一個類中方法調(diào)用不起作用的問題
這篇文章主要介紹了解決@Cacheable在同一個類中方法調(diào)用不起作用的問題,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2021-07-07
詳解Spring?Security?捕獲?filter?層面異常返回我們自定義的內(nèi)容
Spring?的異常會轉發(fā)到?BasicErrorController?中進行異常寫入,然后才會返回客戶端。所以,我們可以在?BasicErrorController?對?filter異常進行捕獲并處理,下面通過本文給大家介紹Spring?Security?捕獲?filter?層面異常,返回我們自定義的內(nèi)容,感興趣的朋友一起看看吧2022-05-05
SpringBoot整合Ip2region獲取IP地址和定位的詳細過程
ip2region v2.0 - 是一個離線IP地址定位庫和IP定位數(shù)據(jù)管理框架,10微秒級別的查詢效率,提供了眾多主流編程語言的 xdb 數(shù)據(jù)生成和查詢客戶端實現(xiàn) ,這篇文章主要介紹了SpringBoot整合Ip2region獲取IP地址和定位,需要的朋友可以參考下2023-06-06

