Java并发编程之信号量

一、概述

　　技术信号量用来控制能够同时访问某特定资源的活动的数量，或者同时执行某一给定操作的数据。计数信号量可以用来实现资源池或者给一个容器限定边界。

　　信号量维护了一个许可集，许可的初始量通过构造函数传递给Semaphore。活动能够获取许可，并在使用之后释放许可，如果没有可用的许可，acquire方法会被阻塞，直到有可用的为止。每个release方法添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。

　　计算信号量的一种退化形式是二元信号量：一个计数初始值为1的Semaphore，二元信号量可用作互斥锁。

二、应用场景

　　信号量可用来实现资源池，比如数据库连接池。示例代码如下：

class Pool
{
       private static final int MAX_AVAILABLE = 100;
       private final Semaphore available = new Semaphore(MAX_AVAILABLE, true);

       public Object getItem() throws InterruptedException
       {
         available.acquire();
         return getNextAvailableItem();
       }

       public void putItem(Object x)
       {
         if (markAsUnused(x))
           available.release();
       }
       MyResource resource1=new MyResource("资源1");
       MyResource resource2=new MyResource("资源2");
       MyResource resource3=new MyResource("资源3");
       protected MyResource[] items = new MyResource[]{resource1,resource2,resource3};
       protected boolean[] used = new boolean[MAX_AVAILABLE];
       protected synchronized Object getNextAvailableItem()
       {
         for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i)
         {
           if (!used[i])
           {
              used[i] = true;
              return items[i];
           }
         }
         return null; // not reached
       }

       protected synchronized boolean markAsUnused(Object item)
       {
         for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i)
         {
           if (item == items[i])
           {
              if (used[i])
              {
                used[i] = false;
                return true;
              }
              else
                return false;
           }
         }
         return false;
       }
}
class MyResource
{
    String resourceName;
    public MyResource(String resourceName)
    {
        this.resourceName=resourceName;
    }
}

三、使用方法

　　构造函数：

　　Semaphore(int permits)：创建具有给定许可数和非公平设置的Semaphore

　　Semaphore(int permits，boolean fair)：此类的构造方法可选地接受一个公平 参数。当设置为 false 时，此类不对线程获取许可的顺序做任何保证。特别地，闯入是允许的，也就是说可以在已经等待的线程前为调用 acquire() 的线程分配一个许可，从逻辑上说，就是新线程将自己置于等待线程队列的头部。当公平设置为 true 时，信号量保证对于任何调用获取方法的线程而言，都按照处理它们调用这些方法的顺序（即先进先出；FIFO）来选择线程、获得许可。注意，FIFO 排序必然应用到这些方法内的指定内部执行点。所以，可能某个线程先于另一个线程调用了 acquire，但是却在该线程之后到达排序点，并且从方法返回时也类似。

　　Semaphore还提供一些其他方法：

• int availablePermits() ：返回此信号量中当前可用的许可证数。
• 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。

　　示例代码如下：

public class SemaphoreTest
{

    public static void main(String[] args)
    {
        Semaphore semaphore=new Semaphore(3);
        for(int i=0;i<5;i++)
        {
            MyThread myThread=new MyThread("线程"+i, semaphore);
            myThread.start();
        }
    }
    static class MyThread extends Thread
    {
        String name;
        Semaphore semaphore;
        public MyThread(String name,Semaphore semaphore)
        {
            this.name=name;
            this.semaphore=semaphore;
        }
        @Override
        public void run()
        {
            try
            {
                semaphore.acquire();
                System.out.println(name+"获取信号量，开始工作...");
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println(name+"工作结束"+"，正在等待获取许可证的线程数："+semaphore.getQueueLength());
            }
            catch (InterruptedException e)
            {
                // TODO 自动生成的 catch 块
                e.printStackTrace();
            }
            finally
            {
                semaphore.release();
            }
        }
    }
}

　　执行结果如下：　

四、参考资料

　　1、Java并发编程实践