并发编程—Semaphore

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Semaphore是什么

Semaphore是JUC包下的一个工具类，官方是这样解释这个类的：

Semaphore用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数目，他维护了一个许可证集合，有多少资源需要限制就维护多少许可证集合，假如这里有N个资源，那就对应于N个许可证，同一时刻也只能有N个线程访问。一个线程要获取许可证就调用acquire方法，用完了释放资源就调用release方法。

这段话从字面上看可能不太好理解，举个实际生活中的例子就很容易明白了：比如一个餐馆只能容纳N个人，如果餐馆内人已经满了，那第N+1个人来了之后，只能先在餐馆外等待，等餐馆里有人离开之后才能进去用餐。Semaphore正是起这样一个限制作用。

Semaphore和ReentrantLock的功能有点类似，但ReentrantLock是只允许一个线程去访问资源，Semaphore是允许N个线程去访问资源。

Semaphore怎么用

Semaphore只有3个操作：

  1. 初始化
  2. 获取许可
  3. 释放许可

主要方法

  • 有两个构造方法Semaphore(int permits)、Semaphore(int permits, boolean fair)
    参数permits设置最大许可数，fair表示是否公平竞争获取资源。

  • acquire()、acquire(int permits)方法是获取许可，无参的是获取1，也就是AQS的state-1，也可以state-permits，计算的结果小于0则会阻塞线程。

  • tryAcquire()、tryAcquire(int permits)会直接返回获取的结果（boolean值），不会阻塞线程。

  • tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)会尝试获取一段时间，如果超时都都没有获取到则返回失败。

  • release()、release(int permits)释放许可，释放后会唤醒其他等待线程。

演示代码

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package com.lzumetal.multithread.semaphore;

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;


@Slf4j
public class SemaphoreTest {

    private ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);


    @Test
    public void test() {
        //信号量，只允许3个线程同时操作
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        List<Future> futureList = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            final Customer customer = new Customer(i + 1);
            Future<?> future = threadPool.submit(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();//会阻塞直到获取许可
                    log.info("{}进入了餐馆", customer);
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(new Random().nextInt(5));
                    log.info("{}离开了餐馆", customer);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release();    //释放
                }
            });
            futureList.add(future);
        }
        for (Future future : futureList) {
            try {
                future.get();
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }


    @Getter
    @Setter
    @ToString
    class Customer {

        private Integer id;

        Customer(Integer id) {
            this.id = id;
        }
    }
}

运行结果：

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15:28:48.710 [pool-1-thread-3] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=3)进入了餐馆
15:28:48.710 [pool-1-thread-1] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=1)进入了餐馆
15:28:48.710 [pool-1-thread-2] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=2)进入了餐馆
15:28:50.714 [pool-1-thread-3] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=3)离开了餐馆
15:28:50.714 [pool-1-thread-4] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=4)进入了餐馆
15:28:51.713 [pool-1-thread-2] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=2)离开了餐馆
15:28:51.713 [pool-1-thread-1] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=1)离开了餐馆
15:28:51.713 [pool-1-thread-5] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=5)进入了餐馆
15:28:51.713 [pool-1-thread-6] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=6)进入了餐馆
15:28:51.714 [pool-1-thread-4] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=4)离开了餐馆
15:28:54.713 [pool-1-thread-6] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=6)离开了餐馆
15:28:55.714 [pool-1-thread-5] INFO com.lzumetal.multithread.semaphore.SemaphoreTest - SemaphoreTest.Customer(id=5)离开了餐馆

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。这种情况，我们就可以使用Semaphore来做流控。

------ 本文完 ------