java Semaphore(信号量)
2015-12-18 10:14
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简介
信号量(Semaphore),有时被称为信号灯,是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。一个计数信号量。从概念上讲,信号量维护了一个许可集。如有必要,在许可可用前会阻塞每一个 acquire(),然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可,从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是,不使用实际的许可对象,Semaphore 只对可用许可的号码进行计数,并采取相应的行动。拿到信号量的线程可以进入代码,否则就等待。通过acquire()和release()获取和释放访问许可。
概念
Semaphore分为单值和多值两种,前者只能被一个线程获得,后者可以被若干个线程获得。以一个停车场运作为例。为了简单起见,假设停车场只有三个车位,一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车,看门人允许其中三辆不受阻碍的进入,然后放下车拦,剩下的车则必须在入口等待,此后来的车也都不得不在入口处等待。这时,有一辆车离开停车场,看门人得知后,打开车拦,放入一辆,如果又离开两辆,则又可以放入两辆,如此往复。
在这个停车场系统中,车位是公共资源,每辆车好比一个线程,看门人起的就是信号量的作用。
更进一步,信号量的特性如下:信号量是一个非负整数(车位数),所有通过它的线程(车辆)都会将该整数减一(通过它当然是为了使用资源),当该整数值为零时,所有试图通过它的线程都将处于等待状态。在信号量上我们定义两种操作: Wait(等待) 和 Release(释放)。 当一个线程调用Wait(等待)操作时,它要么通过然后将信号量减一,要么一直等下去,直到信号量大于一或超时。Release(释放)实际上是在信号量上执行加操作,对应于车辆离开停车场,该操作之所以叫做“释放”是因为加操作实际上是释放了由信号量守护的资源。
在java中,还可以设置该信号量是否采用公平模式,如果以公平方式执行,则线程将会按到达的顺序(FIFO)执行,如果是非公平,则可以后请求的有可能排在队列的头部。
JDK中定义如下:
Semaphore(int permits, boolean fair)
创建具有给定的许可数和给定的公平设置的Semaphore。
Semaphore当前在多线程环境下被扩放使用,操作系统的信号量是个很重要的概念,在进程控制方面都有应用。Java并发库Semaphore 可以很轻松完成信号量控制,Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的个数,通过 acquire() 获取一个许可,如果没有就等待,而 release() 释放一个许可。比如在Windows下可以设置共享文件的最大客户端访问个数。
Semaphore实现的功能就类似厕所有5个坑,假如有10个人要上厕所,那么同时只能有多少个人去上厕所呢?同时只能有5个人能够占用,当5个人中 的任何一个人让开后,其中等待的另外5个人中又有一个人可以占用了。另外等待的5个人中可以是随机获得优先机会,也可以是按照先来后到的顺序获得机会,这取决于构造Semaphore对象时传入的参数选项。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。
代码示例
import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore; public class SemaPhoreDemo { public static void main(String[] args) { // 线程池 ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); // 只能3个线程同时访问 final Semaphore semp = new Semaphore(3); System.out.println("开始 semp.availablePermits():" + semp.availablePermits()); // 模拟10个客户端访问 for (int index = 0; index < 10; index++) { final int NO = index; System.out.println("创建子线程"+NO); Runnable run = new Runnable() { public void run() { try { // 获取许可 semp.acquire(); System.out.println("Accessing: " + NO); System.out.println("-----------------after acquire() semp.availablePermits():" + semp.availablePermits()); Thread.sleep((long) (Math.random() * 6000)); // 访问完后,释放 semp.release(); // availablePermits()指的是当前信号灯库中有多少个可以被使用 System.out.println("-----------------after release() semp.availablePermits():" + semp.availablePermits()); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }; exec.execute(run); } System.out.println("after for()"); // 退出线程池 exec.shutdown(); } }
结果:
开始 semp.availablePermits():3
创建子线程0
创建子线程1
创建子线程2
Accessing: 1
-----------------after acquire() semp.availablePermits():2
创建子线程3
创建子线程4
Accessing: 3
-----------------after acquire() semp.availablePermits():1
创建子线程5
创建子线程6
创建子线程7
创建子线程8
Accessing: 5
-----------------after acquire() semp.availablePermits():0
创建子线程9
after for()
-----------------after release() semp.availablePermits():1
Accessing: 7
-----------------after acquire() semp.availablePermits():0
-----------------after release() semp.availablePermits():1
Accessing: 9
-----------------after acquire() semp.availablePermits():0
-----------------after release() semp.availablePermits():1
Accessing: 0
-----------------after acquire() semp.availablePermits():0
-----------------after release() semp.availablePermits():1
Accessing: 4
-----------------after acquire() semp.availablePermits():0
-----------------after release() semp.availablePermits():1
Accessing: 6
-----------------after acquire() semp.availablePermits():0
Accessing: 2
-----------------after acquire() semp.availablePermits():0
-----------------after release() semp.availablePermits():0
-----------------after release() semp.availablePermits():1
Accessing: 8
-----------------after acquire() semp.availablePermits():0
-----------------after release() semp.availablePermits():1
-----------------after release() semp.availablePermits():2
-----------------after release() semp.availablePermits():3
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