Java核心-多线程-并发控制器-Semaphore信号量

Posted 2021-02-13 leeethan

1. Semaphore是非常有用的一个多线程并发控制组件(Java还有CountDownLatch、CyclicBarrier、Exchanger多线程组件)，它相当于是一个并发控制器，是用于管理信号量的。构造的时候传入可供管理的信号量的数值，这个数值就是控制并发数量的，就是同时能几个线程访问。我们需要控制并发的代码，执行前先通过acquire方法获取信号，执行后通过release归还信号 。每次acquire返回成功后，Semaphore可用的信号量就会减少一个，如果没有可用的信号，acquire调用就会阻塞，等待有release调用释放信号后，acquire才会得到信号并返回。
   private Semaphore semaphore = new Semaphore(3, true); #true时，使用公平策略，也就是是使用公平锁
   ps：注意这里信号量acquire方法和release方法是可以有参数的，表示获取/返还的信号量个数，如果不指定就是默认单个释放。

2. Semaphore分为单值和多值两种
   • 单值的Semaphore管理的信号量只有1个，该信号量只能被1个，只能被一个线程所获得，意味着并发的代码只能被一个线程运行，这就相当于是一个互斥锁了。
   • 多值的Semaphore管理的信号量多余1个，主要用于控制并发数。

3. 这种通过Semaphore控制并发并发数的方式和通过控制线程数来控制并发数的方式相比，粒度更小，因为Semaphore可以通过acquire方法和release方法来控制代码块的并发数。

4. 在构造Semaphore对象时，同时可以控制并发时抢占锁的公平策略。在公平的锁上，线程按照他们发出请求的顺序获取锁，但在非公平锁上，则允许‘插队’：当一个线程请求非公平锁时，如果在发出请求的同时该锁变成可用状态，那么这个线程会跳过队列中所有的等待线程而获得锁。

5. 非公平锁的效率高于公平锁，主要原因是，在恢复一个被挂起的线程与该线程真正运行之间存在着严重的延迟。
   ps.当持有锁的时间相对较长，应该使用公平锁。在这些情况下，插队带来的吞吐量提升可能不会出现。

6. 使用示例，模仿上厕所排队的例子

 package common_test;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;

public class SemaphoreTest {
    
    private Semaphore semaphore = new Semaphore(3, true);
    private Random random = new Random();

    
    class Task implements Runnable{
        private String id;
        public Task(String id){
            this.id = id;
        }
        public void run() {
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println("茅坑" + id + " 被占用了");
                work();
                System.out.println("茅坑" + id + " 空了");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally{
                semaphore.release();
            }
        }
        
        public void work(){
            int worktime = random.nextInt(1000);
                    System.out.println("茅坑  " + id + "使用了"+ worktime + "秒");
            try {
                Thread.sleep(worktime);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
            SemaphoreTest semaphoreTest = new SemaphoreTest();
            ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
            newCachedThreadPool.submit(semaphoreTest.new Task(1+""));
            newCachedThreadPool.submit(semaphoreTest.new Task(2+""));
            newCachedThreadPool.submit(semaphoreTest.new Task(3+""));
            newCachedThreadPool.submit(semaphoreTest.new Task(4+""));
            newCachedThreadPool.submit(semaphoreTest.new Task(5+""));
            newCachedThreadPool.submit(semaphoreTest.new Task(6+""));
            newCachedThreadPool.submit(semaphoreTest.new Task(7+""));
            newCachedThreadPool.shutdown();
        }
}