[Java并发包学习六]Semaphore介绍

概述

emaphore字面意思是信号量。他主要用于控制有限的资源的访问数量。我们看一个生活中常常出现的场景：

一个厕所只有3个坑位，但是有10个人来上厕所，那怎么办？假设10的人的编号分别为1-10，并且1号先到厕所，10号最后到厕所。那么1-3号来的时候必然有可用坑位，顺利如厕，4号来的时候需要看看前面3人是否有人出来了，如果有人出来，进去，否则等待。同样的道理，4-10号也需要等待正在上厕所的人出来后才能进去，并且谁先进去这得看等待的人是否有素质，是否能遵守先来先上的规则。

在这种场景下，Semaphore便派上了用场。

基本函数介绍

构造函数

构造函数使用一个初始非零整数初始化Semaphore，表示最开始的时候的可用资源（上例中的厕所坑位）数量。有两种类型的构造函数，函数签名分别如下：

1 2	public Semaphore(int permits) public Semaphore(int permits, boolean fair)

其中permits参数表示初始的可用资源数量，fair参数表示是否使用公平策略（是否按照先来线上的顺序）选择正在等候的使用者（上例中的上厕所的人），fair为true表示公平策略，采用先来先用的算法，为false表示非公平策略，完全随机，默认使用非公平策略。

acquire函数

acquire函数用来申请资源，有两种不同的函数，签名分别如下：

1 2	public void acquire() throws InterruptedException public void acquire(int permits) throws InterruptedException

第一个函数用来申请一个资源，第二个函数用来申请permits个资源，当没有需要申请的数量这么多个资源时，申请线程会被阻塞，直到有可用资源或者申请线程被打断，如果申请线程被打断，则抛出InterruptedException异常。

acquireUninterruptibly函数

翻译过来就是不可能被打断的申请，对，该函数用来申请可用资源，并且不会被打断，也有两种类型，函数签名分别如下：

1 2	public void acquireUninterruptibly() public void acquireUninterruptibly(int permits)

第一个函数用来申请一个资源，第二个函数用来申请permits个资源。就算线程在申请资源过程中被打断，依然会继续申请，只不过获取资源的时间可能会有所变化。

tryAcquire函数

tryAcquire函数用来获取可用资源，但是这类函数能够有时间的限制，如果超时，立即返回，有几种类型的函数，签名分别如下：

1 23 4 5 6

public boolean tryAcquire() public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException public boolean tryAcquire(int permits) public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

第一个函数用来申请一个资源，如果当前有可用资源，立即返回true，否则立即返回false；
第二个函数用来申请一个资源，指定一个超时时间，如果当前可以资源数量足够，立即返回true，否则最多等待给定的时间，如果时间到还是未能获取资源，则返回false；如果等待过程中线程被打断，抛出InterruptedException异常；
和1一样，只是申请permits个资源；
和2一样，只是申请permits个资源。

release函数

release函数用来释放资源，就好比说蹲厕所的人出来了，让出了坑位。有两种类型，函数签名分别如下：

1 2	public void release() public void release(int permits)

第一个函数释放一个资源，第二个函数释放permits个资源。

availablePermits函数

availablePermits函数用来获取当前可用的资源数量，函数签名如下：

1	public int availablePermits()

drainPermits函数

drainPermits函数用来申请当前所有可用的资源，函数签名如下：

1	public int drainPermits()

函数返回申请到的资源的个数。

reducePermits函数

reducePermits函数用来禁止某些资源不可用，函数签名如下：

1	protected void reducePermits(int reduction)

reduction表示禁止的数量，比如由于厕所马桶坏了，有一个坑位不能用，此时就可以调用该函数禁止一个资源不可用。如果reduction小于零，则抛出IllegalArgumentException异常。

isFair函数

isFair函数用来判断当前的信号量是采用什么类型的策略，函数签名如下：

1	public boolean isFair()

函数返回true表示采用的是公平策略，返回false表示采用非公平策略。

hasQueuedThreads函数

hasQueuedThreads函数用来判断是否有现成正在等待申请资源，函数签名如下：

1	public final boolean hasQueuedThreads()

返回true表示有现成正在等待申请资源，false表示没有，需要注意的是：因为申请过程是可以取消的，函数返回true并不表示肯定会申请资源，该函数设计的初衷是用来做系统监控的。

getQueueLength函数

getQueueLength函数用来返回正在等待申请资源的线程的数量，函数签名如下：

1	public final int getQueueLength()

返回当前正在等待申请资源的线程数。

getQueuedThreads函数

getQueuedThreads函数返回当前正在等待申请资源的线程集合，函数签名如下：

1	protected Collection<Thread> getQueuedThreads()

模拟实验

下面用代码来模拟如下场景：

一个厕所只有3个坑位，有6个人（编号1-6）先后来上厕所，采用先来先上的策略。

代码如下:

1 23 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 28 29 30 3132 33 34 35 36 37 38 39 40 4142 43 44 45 46 47 48 49 50 51

package com.winwill.test; import java.util.Random; import java.util.concurrent.Semaphore; /** * @author qifuguang * @date 15/8/25 23:23 */ public class TestSemaphore { public static void main(String[] args) throws Exception { Semaphore wc = new Semaphore(3, true); // 3个坑位 for (int i = 1; i <= 6; i++) { Thread t = new Thread(new Person("第" + i + "个人", wc)); t.start(); Thread.sleep(new Random().nextInt(300)); } } static class Person implements Runnable { private String name; private Semaphore wc; public Person(String name, Semaphore wc) { this.name = name; this.wc = wc; } public void run() { System.out.print(name + "：憋死老子了!"); if (wc.availablePermits() > 0) { System.out.println("天助我也，有坑位！"); } else { System.out.println("卧槽，没坑位了，等会儿吧..."); } try { wc.acquire(); //申请坑位 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(name + "：终于轮到我了，拉屎就是爽！"); try { Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); // 模拟上厕所时间。 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(name + "：拉完了，好臭!"); wc.release(); } } }

运行结果：

第1个人：憋死老子了!天助我也，有坑位！

第1个人：终于轮到我了，拉屎就是爽！

第2个人：憋死老子了!天助我也，有坑位！

第2个人：终于轮到我了，拉屎就是爽！

第3个人：憋死老子了!天助我也，有坑位！

第3个人：终于轮到我了，拉屎就是爽！

第3个人：拉完了，好臭!

第4个人：憋死老子了!天助我也，有坑位！

第4个人：终于轮到我了，拉屎就是爽！

第5个人：憋死老子了!卧槽，没坑位了，等会儿吧…

第6个人：憋死老子了!卧槽，没坑位了，等会儿吧…

第2个人：拉完了，好臭!

第5个人：终于轮到我了，拉屎就是爽！

第4个人：拉完了，好臭!

第6个人：终于轮到我了，拉屎就是爽！

第1个人：拉完了，好臭!

第6个人：拉完了，好臭!

第5个人：拉完了，好臭!

可以看到，任何时候在用坑位的人数都控制在3人之内，并且开始蹲坑的顺序一定是按编号从小到大来的（公平策略）。

注意事项

release函数和acquire并没有要求一定是同一个线程都调用，可以A线程申请资源，B线程释放资源；
调用release函数之前并没有要求一定要先调用acquire函数。