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Java多线程并发工具类-信号量Semaphore对象讲解

2020-04-12 09:40:35

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Java多线程并发工具类-Semaphore对象讲解

通过前面的学习,我们已经知道了Java多线程并发场景中使用比较多的两个工具类:做加法的CycliBarrier对象以及做减法的CountDownLatch对象并对这两个对象进行了比较。我们发现这两个对象要么是做加法,要么是做减法的。那么有没有既做加法也做减法的呢?当然有了。Semaphore这个工具类就可以实现One out one in的。

本文主要内容:Semaphore是什么?从生活中例子中来理解Semaphore;代码演示;总结。通过总结-理解-代码演示-再总结这四个步骤让大家来深刻的理解。

本篇是《凯哥(凯哥Java:kagejava)并发编程学习》系列之《并发工具类》教程的第三篇:《Java多线程下信号量》。

一:Semaphore是什么?

Semaphore中文意思:信号量。

来看看JavaAPI中对semaphore对象的解释:


什么意思呢?

简单理解来说,Semaphore:信号量主要用于两个目的:一个是用于多个共享资源的互斥使用;另一个用于并发线程数量的控制。什么意思呢?我们来从生活中的例子来理解。

二:从生活中例子中来理解Semaphore

案例一:抢车位

自驾游的朋友一般都会遇到这样的烦恼:去景区游玩,停车比较麻烦。因为停车场中的车位数量是一定的。当车位满了以后,其他想要进入停车场停车的车辆只能等待。等到其他车辆出来之后,才可以进入。站在并发角度来分析的话:停车场有多个停车位(多个共享资源),每个车辆只能停在其中一个位置上(互斥使用的),停车场的停车位是固定的(并发线程数量的控制)。这样是不是就好理解了?如果还是不好理解,接着看下面这个案例

案例二:海底捞吃火锅

去海底捞吃火锅的时候,海底捞场地就餐桌数量是固定的,假设有5桌。现在来了8个人,那么其他3个就需要在门口候餐区等待加号。当有其他桌吃完离开之后,进去一个。简图如下:

三:代码演示

我们就来模拟海底捞吃火锅的场景。


3.1:为什么要使用Semaphore?

为什么不能使用其他两个同步工具类呢?

根据CountDownLatch的特性,只能使用一次的特征来说,海底捞这种场景当然不能够使用了。因为开个店不可能只使用一次。

CyclicBarrier,虽然可以使用多次,但是需要reset之后才可以多次使用。意思就是,只有等餐厅里面5个桌的客人都吃完之后,才可以让其他人进来就餐的。这种情况也是不符合业务逻辑的。

而Semaphore可以做到One out One in 很适合海底捞的场景。所以,经过分析,我们可以得到如下代码。

代码演示:

餐桌对象:


执行方法:


运行结果:


从运行结果中,我们可以看到一个进入一个就离开,一个离开餐桌下一位就进入餐厅就餐。达到我们预期结果了。

四:总结

4.1:使用语法

在声明smaphore的时候需要设置线程数量。然后使用acquire获取资源。在finally方法里面调用release方法进行释放资源。如下图:


4.2:内部主要组成

4.2.1:三个内部类:


看到这三个类是不是很熟悉?对就是我们前面介绍的ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock这两个对象里面都存在的。继承AQS的Sync类以及公平锁的FairSync类和非公平锁的NonfairSync类。同样,semaphore也支持在构造器中指定是公平还是非公平的:


4.2.2:主要方法

重要的方法获取和释放方法:

获取资源的:

acquire()/acquire(int permits):获取资源(许可证)/获取指定个数的资源

释放资源:

release()/release(int permits):释放资源/释放指定个数的资源

其他方法:

阻止获取资源:

acquireUninterruptibly()/acquireUninterruptibly(int permits):从这个信号灯获取许可证,阻止一个可用的/阻止指定数量的

获取当前可以用的资源数量: int availablePermits()

还有其他很多方法。凯哥这里就不一一介绍了。大家可以自行查看API

4.3:实现原理

看到Sync这个内部类之后,大家就应该想到了凯哥(kaigejava)在之前介绍过的AQS对象了。没错,Semaphore就是使用AQS和CAS来实现资源的获取和释放的。在这里凯哥就不赘述了。大家可以看看前面凯哥介绍并发容器的同步器相关文章,里面凯哥做了详细的介绍。

                                                                        欢迎来聊~

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