并发编程-AQS同步组件之 Semaphore 控制并发线程数的信号量

Posted 2021-08-30 爱上口袋的天空

Semaphore 概述

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

举个例子：

 高速要限制流量，只允许同时有一百辆车在这条路上行使，其他的都必须 在路口等待，所以前一百辆车会看到绿灯，可以开进这条高速，后面的车会看到红灯，不能驶入高速，但是如果前一百辆中有5辆车已经离开了高速，那么后面就允许有5辆车驶入高速，这个例子里说的车就是线程，驶入高速就表示线程在执行，离开高速就表示线程执行完成，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行。

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Semaphore 构造函数及方法

Semaphore的用法：首先线程使用Semaphore的acquire()方法获取一个许可证，使用完之后调用release()方法归还许可证。

构造函数

Semaphore的构造方法 Semaphore（int permits）接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。Semaphore（10）表示允许10个线程获取许可证，也就是最大并发数是10。 

第二个构造函数 Semaphore(int permits, boolean fair) 第二个构造方法指定是公平模式还是非公平模式,默认非公平模式 . 公平模式：先启动的线程优先得到许可。 非公平模式：先启动的线程并不一定先获得许可，谁抢到谁就获得许可。

 

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常用和需要注意的方法

• acquire() 获取一个许可
• acquire(int permits) 获取指定个数的许可
• tryAcquire()方法尝试获取1个许可证
• tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) 最大等待许可的时间
• tryAcquire(int permits) 获取指定个数的许可
• tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) 最大等待许可的时间
• availablePermits() ： 返回此信号量中当前可用的许可证数
• release() 释放许可
• release(int permits) 释放指定个数的许可
• int getQueueLength() 返回正在等待获取许可证的线程数。
• boolean hasQueuedThreads() 是否有线程正在等待获取许可证。
• void reducePermits(int reduction) 减少reduction个许可证。是个protected方法。
• Collection getQueuedThreads() 返回所有等待获取许可证的线程集合。是个protected方法。
• …

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Semaphore 示例

acquire()

观察输出：

 

根据上述代码的逻辑，test方法中休眠1秒，设置的3个许可，及同一时间最多只能有3个线程执行，根据日志输出的时间可以看到 符合预期。

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semaphore.acquire(int permits)

 

输出：

 

设置了3个许可，每个线程每次获取3个许可，因此同一时间只能有1个线程执行，输出符合预期 。

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semaphore.tryAcquire()

尝试获取一个许可,如果未获取到，不等待，将直接丢弃该线程不执行

 运行输出：

从输出可以看到，在3个线程获取到3个许可后，因为每个线程调用的方法要执行1秒中，最早的一个许可也要在1S后释放，剩下的17个线程未获取到许可，使用了semaphore.tryAcquire()方法，没有设置等待时间，所以便直接被丢弃，不执行了。

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tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)

未获取到许可，设置等待时长 

输出结果：
 

tryAcquire通过参数指定了5秒的等待时间。 上述代码中同一时间最多执行3个。第4个线程因前3个线程执行需要耗时一秒未释放许可，因此需要等待。 但是由于设置了5秒的等待时间，所以在5秒内等待到了释放的许可，继续执行，循环往复。但是20个线程 ，每秒并发3个，5S是执行不完的。，所以上面执行到第16个（0开始，显示是15）就结束了，【每次执行结果会有差异，取决于CPU】，并没有全部执行完20个线程。