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Java的Semaphore信號量使用及原理解讀

 更新時(shí)間:2023年12月28日 09:51:36   作者:一個(gè)風(fēng)輕云淡  
這篇文章主要介紹了Java的Semaphore信號量使用及原理解讀,Semaphore(信號量)是Java中一個(gè)并發(fā)控制工具,用于控制對共享資源的訪問,它基于計(jì)數(shù)器的原理,可以限制同時(shí)訪問某個(gè)資源的線程數(shù)量,需要的朋友可以參考下

概述

Semaphore(信號量)是Java中一個(gè)并發(fā)控制工具,用于控制對共享資源的訪問。它基于計(jì)數(shù)器的原理,可以限制同時(shí)訪問某個(gè)資源的線程數(shù)量。

在Java中使用Semaphore,你需要按照以下步驟進(jìn)行操作:

導(dǎo)包: 

import java.util.concurrent.Semaphore;

 創(chuàng)建Semaphore對象:

Semaphore semaphore = new Semaphore(n);

其中,n是允許同時(shí)訪問共享資源的線程數(shù)量。

在需要訪問共享資源的代碼段前后,使用acquire()和release()方法來獲取和釋放信號量:

try {
    semaphore.acquire(); // 獲取信號量,如果沒有可用的許可證,線程將被阻塞
    // 訪問共享資源的代碼
} catch (InterruptedException e) {
    // 處理中斷異常
} finally {
    semaphore.release(); // 釋放信號量,增加一個(gè)許可證
}

acquire()方法嘗試獲取一個(gè)許可證,如果當(dāng)前沒有可用的許可證,則該線程將被阻塞,直到有可用的許可證為止。release()方法釋放一個(gè)許可證,使其可供其他線程使用。

通過適當(dāng)?shù)厥褂胊cquire()和release()方法,在超過信號量允許的線程數(shù)量時(shí),可以限制并發(fā)訪問共享資源的線程數(shù)量,實(shí)現(xiàn)線程間的同步和互斥。

需要注意的是,Semaphore還提供了一些其他方法,如availablePermits()用于獲取當(dāng)前可用的許可證數(shù)量,以及tryAcquire()方法在不阻塞線程的情況下嘗試獲取許可證等。

具體例子 

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 創(chuàng)建 semaphore 對象
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        // 2. 10個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                // 3. 獲取許可
                try {
                    semaphore.acquire();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                try {
                    log.debug("running...");
                    sleep(1);
                    log.debug("end...");
                } finally {
                    // 4. 釋放許可
                    semaphore.release();
                }
            }).start();
        }
    }

07:35:15.485 c.TestSemaphore [Thread-2] - running...

07:35:15.485 c.TestSemaphore [Thread-1] - running...

07:35:15.485 c.TestSemaphore [Thread-0] - running...

07:35:16.490 c.TestSemaphore [Thread-2] - end...

07:35:16.490 c.TestSemaphore [Thread-0] - end...

07:35:16.490 c.TestSemaphore [Thread-1] - end...

07:35:16.490 c.TestSemaphore [Thread-3] - running...

07:35:16.490 c.TestSemaphore [Thread-5] - running...

07:35:16.490 c.TestSemaphore [Thread-4] - running...

07:35:17.490 c.TestSemaphore [Thread-5] - end...

07:35:17.490 c.TestSemaphore [Thread-4] - end...

07:35:17.490 c.TestSemaphore [Thread-3] - end...

07:35:17.490 c.TestSemaphore [Thread-6] - running...

07:35:17.490 c.TestSemaphore [Thread-7] - running...

07:35:17.490 c.TestSemaphore [Thread-9] - running...

07:35:18.491 c.TestSemaphore [Thread-6] - end...

07:35:18.491 c.TestSemaphore [Thread-7] - end...

07:35:18.491 c.TestSemaphore [Thread-9] - end...

07:35:18.491 c.TestSemaphore [Thread-8] - running...

07:35:19.492 c.TestSemaphore [Thread-8] - end...  

源碼原理解析

加鎖解鎖流程原理

Semaphore 有點(diǎn)像一個(gè)停車場,permits 就好像停車位數(shù)量,當(dāng)線程獲得了 permits 就像是獲得了停車位,然后 停車場顯示空余車位減一 剛開始,permits(state)為 3,這時(shí) 5 個(gè)線程來獲取資源

假設(shè)其中 Thread-1,Thread-2,Thread-4 cas 競爭成功,而 Thread-0 和 Thread-3 競爭失敗,進(jìn)入 AQS 隊(duì)列park 阻塞

接下來 Thread-0 競爭成功,permits 再次設(shè)置為 0,設(shè)置自己為 head 節(jié)點(diǎn),斷開原來的 head 節(jié)點(diǎn),unpark 接 下來的 Thread-3 節(jié)點(diǎn),但由于 permits 是 0,因此 Thread-3 在嘗試不成功后再次進(jìn)入 park 狀態(tài)

源碼 

 構(gòu)造方法有倆個(gè): 

  public Semaphore(int permits) {
        sync = new NonfairSync(permits);
    }

創(chuàng)建 Semaphore 具有給定數(shù)量的許可和不公平公平設(shè)置。 參數(shù): 許可證 – 可用的許可證的初始數(shù)量。此值可能為負(fù)數(shù),在這種情況下,必須先進(jìn)行釋放,然后才能授予任何收購。 

    public Semaphore(int permits, boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
    }

創(chuàng)建具有給定數(shù)量的許可和給定公平性設(shè)置的 。

Semaphore 參數(shù):

許可證 – 可用的許可證的初始數(shù)量。此值可能為負(fù)數(shù),在這種情況下,必須先進(jìn)行釋放,然后才能授予任何收購。

公平 – true 如果此信號量將保證在爭用中授予先進(jìn)先出的許可證,否則 false 

    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;
 
        NonfairSync(int permits) {
            // permits 即 state
 
            super(permits);
        }
 
        // Semaphore 方法, 方便閱讀, 放在此處
 
        public void acquire() throws InterruptedException {
            sync.acquireSharedInterruptibly(1);
        }
 
        // AQS 繼承過來的方法, 方便閱讀, 放在此處
 
        public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
                throws InterruptedException {
            if (Thread.interrupted())
                throw new InterruptedException();
            if (tryAcquireShared(arg) < 0)
                doAcquireSharedInterruptibly(arg);
        }
 
        // 嘗試獲得共享鎖
 
        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            return nonfairTryAcquireShared(acquires);
        }
 
        // Sync 繼承過來的方法, 方便閱讀, 放在此處
 
        final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
            for (;;) {
                int available = getState();
                int remaining = available - acquires;
                if (
                    // 如果許可已經(jīng)用完, 返回負(fù)數(shù), 表示獲取失敗, 進(jìn)入 doAcquireSharedInterruptibly
 
                        remaining < 0 ||
 
                                // 如果 cas 重試成功, 返回正數(shù), 表示獲取成功
 
                                compareAndSetState(available, remaining)
                ) {
                    return remaining;
                }
            }
        }
 
        // AQS 繼承過來的方法, 方便閱讀, 放在此處
 
        private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
            final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
            boolean failed = true;
            try {
                for (;;) {
                    final Node p = node.predecessor();
                    if (p == head) {
                        // 再次嘗試獲取許可
 
                        int r = tryAcquireShared(arg);
                        if (r >= 0) {
                            // 成功后本線程出隊(duì)(AQS), 所在 Node設(shè)置為 head
 
                            // 如果 head.waitStatus == Node.SIGNAL ==> 0 成功, 下一個(gè)節(jié)點(diǎn) unpark
 
                            // 如果 head.waitStatus == 0 ==> Node.PROPAGATE
 
                            // r 表示可用資源數(shù), 為 0 則不會繼續(xù)傳播
 
                            setHeadAndPropagate(node, r);
                            p.next = null; // help GC
 
                            failed = false;
                            return;
                        }
                    }
                    // 不成功, 設(shè)置上一個(gè)節(jié)點(diǎn) waitStatus = Node.SIGNAL, 下輪進(jìn)入 park 阻塞
 
                    if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
 
                            parkAndCheckInterrupt())
                        throw new InterruptedException();
                }
            } finally {
                if (failed)
                    cancelAcquire(node);
            }
        }
 
        // Semaphore 方法, 方便閱讀, 放在此處
 
        public void release() {
            sync.releaseShared(1);
        }
 
        // AQS 繼承過來的方法, 方便閱讀, 放在此處
 
        public final boolean releaseShared(int arg) {
            if (tryReleaseShared(arg)) {
                doReleaseShared();
                return true;
            }
            return false;
        }
 
        // Sync 繼承過來的方法, 方便閱讀, 放在此處
        protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
            for (;;) {
                int current = getState();
                int next = current + releases;
                if (next < current) // overflow
                    throw new Error("Maximum permit count exceeded");
                if (compareAndSetState(current, next))
                    return true;
            }
        }
    }

到此這篇關(guān)于Java的Semaphore信號量使用及原理解讀的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Semaphore信號量使用及原理內(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(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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