Semaphore的使用

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-07-21 11:21 138阅读 0赞

###  Semaphore也是一个线程同步的辅助类，可以维护当前访问自身的线程个数，并提供了同步机制。使用Semaphore可以控制同时访问资源的线程个数，例如，实现一个文件允许的并发访问数。 ###

**Semaphore的主要方法摘要：**

void acquire():从此信号量获取一个许可，在提供一个许可前一直将线程阻塞，否则线程被中断。

void release():释放一个许可，将其返回给信号量。

int availablePermits():返回此信号量中当前可用的许可数。

boolean hasQueuedThreads():查询是否有线程正在等待获取。

下面是一个例子：

### 实例1 ###

package com.paincupid.springmvc.application.concurrent;
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.Semaphore;
    
    public class SemaphoreTest { 
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
            final Semaphore sp = new Semaphore(3);// 创建Semaphore信号量，初始化许可大小为3
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e2) {
                    e2.printStackTrace();
                }
                Runnable runnable = new Runnable() {
                    public void run() {
                        try {
                            sp.acquire();// 请求获得许可，如果有可获得的许可则继续往下执行，许可数减1。否则进入阻塞状态
                        } catch (InterruptedException e1) {
                            e1.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "进入，当前已有" + (3 - sp.availablePermits()) + "个并发");
                        try {
                            Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "即将离开");
                        sp.release();// 释放许可，许可数加1
                        // 下面代码有时候执行不准确，因为其没有和上面的代码合成原子单元
                        System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "已离开，当前已有" + (3 - sp.availablePermits()) + "个并发");
                    }
                };
                service.execute(runnable);
            }
        }
    
    }

结果

> 线程pool-1-thread-1进入，当前已有1个并发  
> 线程pool-1-thread-2进入，当前已有2个并发  
> 线程pool-1-thread-3进入，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-2即将离开  
> 线程pool-1-thread-4进入，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-2已离开，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-1即将离开  
> 线程pool-1-thread-5进入，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-1已离开，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-4即将离开  
> 线程pool-1-thread-4已离开，当前已有2个并发  
> 线程pool-1-thread-6进入，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-3即将离开  
> 线程pool-1-thread-7进入，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-3已离开，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-6即将离开  
> 线程pool-1-thread-6已离开，当前已有2个并发  
> 线程pool-1-thread-8进入，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-5即将离开  
> 线程pool-1-thread-5已离开，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-9进入，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-9即将离开  
> 线程pool-1-thread-10进入，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-9已离开，当前已有3个并发  
> 线程pool-1-thread-7即将离开  
> 线程pool-1-thread-7已离开，当前已有2个并发  
> 线程pool-1-thread-8即将离开  
> 线程pool-1-thread-8已离开，当前已有1个并发  
> 线程pool-1-thread-10即将离开  
> 线程pool-1-thread-10已离开，当前已有0个并发

### 实例2 ###

package com.paincupid.springmvc.application.concurrent;
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.Semaphore;
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    /** * 单个信号量的Semaphore对象可以实现互斥锁的功能，并且可以是由一个线程获得了“锁”，再由另一个线程释放“锁”，这可应用于死锁恢复的一些场合。 */
    
    public class SemaphoreLockTest { 
    
        public static void main(String[] args) {
            final Business business = new Business();
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                executor.execute(new Runnable() {
                    public void run() {
                        business.service();
                    }
                }
    
                );
            }
            executor.shutdown();
        }
    
        private static class Business { 
            private int count;
            Lock lock = new ReentrantLock();
            Semaphore sp = new Semaphore(1);
    
            public void service() {
                // lock.lock();
                try {
                    sp.acquire(); // 当前线程使用count变量的时候将其锁住，不允许其他线程访问
                } catch (InterruptedException e1) {
                    e1.printStackTrace();
                }
                try {
                    count++;
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(count);
                } catch (RuntimeException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    // lock.unlock();
                    sp.release(); // 释放锁
                }
            }
        }
    
    }

结果

> 1  
> 2  
> 3

### 实例3 ###

使用Semaphore实现简单的阻塞队列 @Description: @param @param args

package com.paincupid.springmvc.application.concurrent;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.Semaphore;
    
    public class SemaphoreBlockingQueue { 
    
        /** * @Title: 使用Semaphore实现简单的阻塞队列 @Description: @param @param args * 设定文件 @return void 返回类型 @throws */
        public static void main(String[] args) {
            SemaphoreQueue queue = new SemaphoreQueue(20);
            // 开始生产
            Productor productor = new Productor(queue);
            productor.setName("生产者");
            productor.start();
            // 开始消费
            Cousumertor c1 = new Cousumertor(queue);
            c1.setName("消费者-c1");
            Cousumertor c2 = new Cousumertor(queue);
            c2.setName("消费者-c2");
            c1.start();
            c2.start();
        }
    
    }
    
    /** * 队列 mutex相当于锁，用于控制非线程安全的valueList的操作 */
    class SemaphoreQueue {
        private List<Integer> valueList;
        private Semaphore putActionNum;// 可以进行put操作的许可数量
        private Semaphore getActionNum;// 可以进行take操作的许可数量
        private Semaphore mutex;
    
        public SemaphoreQueue(int capacity) {
            putActionNum = new Semaphore(capacity);// 维护队列大小
            getActionNum = new Semaphore(0);// 初始化时，队列为空，put操作许可数量为0
            mutex = new Semaphore(1);// 用于保护非线程安全的valueList操作，用于并发生产时控制
            valueList = new ArrayList<Integer>(capacity);
        }
    
        public void put(Integer message) {
            try {
                putActionNum.acquire();// put操作许可减1
                mutex.acquire();
                valueList.add(message);
                mutex.release();
                getActionNum.release();// get操作许可加1
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
        public Integer take() {
            Integer message = null;
            try {
                getActionNum.acquire();// get操作许可减1
                mutex.acquire();
                if (valueList.size() > 0) {
                    message = valueList.get(0);
                    valueList.remove(0);
                } else {
                    return null;
                }
                mutex.release();
                putActionNum.release();// put操作许可加1
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return message;
        }
    }
    
    /** * 生产者 */
    class Productor extends Thread {
        SemaphoreQueue queue;
    
        public Productor(SemaphoreQueue queue) {
            this.queue = queue;
        }
    
        @SuppressWarnings("static-access")
        public void run() {
            int i = 0;
            try {
                while (true) {
                    i++;
                    Integer message = new Integer(i);
                    queue.put(message);
                    if (i % 20 == 0) {
                        System.out.println("======== " + this.getName() + " 累计生产了 " + i + " 条消息 =======");
                        Thread.currentThread().sleep(1000);
                    }
    
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    
    /** * 消费者 */
    class Cousumertor extends Thread {
        SemaphoreQueue queue;
    
        public Cousumertor(SemaphoreQueue queue) {
            this.queue = queue;
        }
    
        @SuppressWarnings("static-access")
        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    Integer message = queue.take();
                    if (message != null) {
                        System.out.println("======== " + this.getName() + " 消费消息：" + message + " =======");
                    }
                    Thread.currentThread().sleep(100);
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

结果

> ======== 生产者 累计生产了 20 条消息 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：1 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：2 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：3 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：4 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：5 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：6 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：7 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：8 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：9 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：10 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：11 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：12 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：13 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：14 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：15 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：16 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：17 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：18 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：19 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：20 =======  
> ======== 生产者 累计生产了 40 条消息 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：21 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：22 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：23 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：24 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：25 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：26 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：27 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：28 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：29 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：30 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：31 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：32 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：33 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：34 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：35 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：36 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：37 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：38 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：39 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：40 =======  
> ======== 生产者 累计生产了 60 条消息 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：41 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：42 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：43 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：44 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：45 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：46 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：47 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：48 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：49 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：50 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：51 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：52 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：53 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：54 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：55 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：56 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：57 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：58 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：59 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：60 =======  
> ======== 生产者 累计生产了 80 条消息 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：61 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：62 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：63 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：64 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：65 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：66 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：67 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：68 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：69 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：70 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：71 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：72 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：73 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：74 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：75 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：76 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：77 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：78 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：79 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：80 =======  
> ======== 生产者 累计生产了 100 条消息 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：81 =======  
> ======== 消费者-c2 消费消息：82 =======  
> ======== 消费者-c1 消费消息：83 =======

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