Java多线程-并发工具类（三）控制并发线程数的Semaphore

雨点打透心脏的1/2处 2022-05-26 04:51 192阅读 0赞

参考：http://ifeve.com/concurrency-semaphore/

https://www.cnblogs.com/feijishuo/p/4538814.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/29463581

#### 简介 ####

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。很多年以来，我都觉得从字面上很难理解Semaphore所表达的含义，只能把它比作是控制流量的红绿灯，比如XX马路要限制流量，只允许同时有一百辆车在这条路上行使，其他的都必须在路口等待，所以前一百辆车会看到绿灯，可以开进这条马路，后面的车会看到红灯，不能驶入XX马路，但是如果前一百辆中有五辆车已经离开了XX马路，那么后面就允许有5辆车驶入马路，这个例子里说的车就是线程，驶入马路就表示线程在执行，离开马路就表示线程执行完成，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行。

#### 应用场景 ####

Semaphore可以用于做流量控制，特别公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发的读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有十个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，我们就可以使用Semaphore来做流控。

Semaphore类位于java.util.concurrent包下，它提供了2个构造器：

public Semaphore(int permits) {          //参数permits表示许可数目，即同时可以允许多少线程进行访问
        sync = new NonfairSync(permits);
    }
    public Semaphore(int permits, boolean fair) {    //这个多了一个参数fair表示是否是公平的，即等待时间越久的越先获取许可
        sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
    }

下面说一下Semaphore类中比较重要的几个方法，首先是acquire()、release()方法：

public void acquire() throws InterruptedException {  }     //获取一个许可
    public void acquire(int permits) throws InterruptedException { }    //获取permits个许可
    public void release() { }          //释放一个许可
    public void release(int permits) { }    //释放permits个许可

acquire()用来获取一个许可，若无许可能够获得，则会一直等待，直到获得许可。

release()用来释放许可。注意，在释放许可之前，必须先获获得许可。

这4个方法都会被阻塞，如果想立即得到执行结果，可以使用下面几个方法：

public boolean tryAcquire() { };    //尝试获取一个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false
    public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //尝试获取一个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false
    public boolean tryAcquire(int permits) { }; //尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false
    public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取permits个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false

假若一个工厂有3台机器，但是有8个工人，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现：

import java.util.Random;
    import java.util.concurrent.Semaphore;
    /**
     * 假若一个工厂有5台机器，但是有8个工人，一台机器同时只能被一个工人使用，只有使用完了，其他工人才能继续使用。那么我们就可以通过Semaphore来实现：
     *
     */
    public class Test {
    	
    	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    		int N = 8; // 工人数
    		Semaphore semaphore = new Semaphore(5); // 机器数目
    		
    		for (int i = 1; i <= N; i++) {
    			int j = i;
    			new Thread(new Runnable() {
    				
    				@Override
    				public void run() {
    					try {
    						System.out.println(System.currentTimeMillis()+".工人" + j + "等待机器...");
    						semaphore.acquire();
    						long start = System.currentTimeMillis();
    						System.out.println(start+".工人" + j +"得到一个机器在生产...");
    						Thread.sleep(new Random().nextInt(3000));
    						long end = System.currentTimeMillis();
    						System.out.println(end+".工人" + j + "释放出机器.用时"+(end-start));
    						semaphore.release();
    					} catch (InterruptedException e) {
    						e.printStackTrace();
    					}
    				}
    			}).start();
    			
    			Thread.sleep(1);
    		}
    	}
    }

输出：

1524641499785.工人1等待机器...  
1524641499786.工人1得到一个机器在生产...  
1524641499786.工人2等待机器...  
1524641499786.工人2得到一个机器在生产...  
1524641499787.工人3等待机器...  
1524641499787.工人3得到一个机器在生产...  
1524641499788.工人4等待机器...  
1524641499789.工人5等待机器...  
1524641499790.工人6等待机器...  
1524641499791.工人7等待机器...  
1524641499792.工人8等待机器...  
1524641500793.工人2释放出机器.用时1007  
1524641500793.工人4得到一个机器在生产...  
1524641500971.工人1释放出机器.用时1185  
1524641500971.工人5得到一个机器在生产...  
1524641501500.工人4释放出机器.用时707  
1524641501500.工人6得到一个机器在生产...  
1524641501667.工人3释放出机器.用时1880  
1524641501667.工人7得到一个机器在生产...  
1524641502187.工人6释放出机器.用时687  
1524641502187.工人8得到一个机器在生产...  
1524641503211.工人7释放出机器.用时1544  
1524641503440.工人5释放出机器.用时2469

1524641504493.工人8释放出机器.用时2306

new Semaphore(3)和new Semaphore(3, true)，公平和非公平情况下，线程都是顺序执行的。这让我感觉奇怪，非公平情况下，线程应该是抢占的，也就是执行不一定是按照序号顺序执行，但是测试结果却不是这样，为什么呢？