Java 并发-使用信号量

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信号量简介

1. Semaphore 也叫信号量、信号灯，是计算机并发编程的一种思想

   信号量模型是由计算机科学家 Dijkstra 在 1965 年提出，一直是并发控制的利器

   直到 1980 年管程模型被提出，越来越多的语言使用管程来实现并发控制

2. 信号量和管程是可以相互实现的，管程比信号量更容易使用

3. 信号量模型

   信号量模型由一个计数器、一个等待队列、三个原子操作 init、down、up 组成

   init 设置计数器的初值

   down 操作使计数器减一，若计数器 < 0，则当前线程被阻塞

   up 操作使计数器加一，若计数器 <= 0，则唤醒等待队列的一个线程（> 0 意味着没有线程阻塞）

4. JDK 中的信号量实现是并发包下的 Semaphore 类

   Semaphore 类构造方法中需要传入初值 int，可选第二参数是 boolean，表示是否使用公平锁

   Semaphore 类的 acquire 和 release 方法分被对应 down 和 up 操作

   Semaphore 其他 API

   • availablePermits：返回计数器当前值

   • drainPermits：将计数器置为 0，并返回减少的值

   • reducePermits：将计数器减少指定值

使用 Semaphore

1. 利用 Semaphore 保证互斥访问

   class Adder {
       static int count;
       //初始化信号量
       static final Semaphore s = new Semaphore(1);
       //用信号量保证互斥    
       static void addOne() {
           try {
               s.acquire();
               count += 1;
           } catch (InterruptedException e) {
               e.printStackTrace();
           } finally {
               s.release();
           }
       }
   }
   

   多个线程执行 addOne，一个线程执行 acquire 后计数器为 0，可以继续执行，其他线程 acquire 后计数器小于 0，无法继续执行，只能等待有线程 release 时唤醒一个等待队列中的线程

2. 利用 Semaphore 实现共享锁

   实现一个简易限流器

   class ObjectPool<T, R> {
       private final List<T> pool = new Vector<>();
       private final Semaphore sem;
       // 构造函数
       ObjectPool(int size, List<T> list) {
           // 添加资源
           pool.addAll(list);
           // 设置可同时访问的线程数量
           sem = new Semaphore(size);
       }
       // 消费池中的对象
       R consume(Function<T, R> func) {
           T t = null;
           try {
               sem.acquire();
               // 使用 Vector 保证原子
               t = pool.remove(0);
               return func.apply(t);
           } catch (Exception e) {
               return null;
           } finally {
               // 消费完成后放回
               pool.add(t);
               sem.release();
           }
       }
   }
   

   多个线程同时从 ObjectPool 中取对象，只有指定数量的线程可以取到，其他线程将等待，ObjectPool 中的对象是重复利用的