java Semaphore

簡介

        信號量(Semaphore)，有時被稱為信號燈，是在多線程環境下使用的一種設施, 它負責協調各個線程, 以保證它們能夠正確、合理的使用公共資源。

        一個計數信號量。從概念上講，信號量維護了一個許可集。如有必要，在許可可用前會阻塞每一個 acquire()，然后再獲取該許可。每個 release() 添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。但是，不使用實際的許可對象，Semaphore 只對可用許可的號碼進行計數，并采取相應的行動。拿到信號量的線程可以進入代碼，否則就等待。通過acquire()和release()獲取和釋放訪問許可。

概念

        Semaphore分為單值和多值兩種，前者只能被一個線程獲得，后者可以被若干個線程獲得。

     以一個停車場運作為例。為了簡單起見，假設停車場只有三個車位，一開始三個車位都是空的。這時如果同時來了五輛車，看門人允許其中三輛不受阻礙的進入，然后放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此后來的車也都不得不在入口處等待。這時，有一輛車離開停車場，看門人得知后，打開車攔，放入一輛，如果又離開兩輛，則又可以放入兩輛，如此往復。

    在這個停車場系統中，車位是公共資源，每輛車好比一個線程，看門人起的就是信號量的作用。

    更進一步，信號量的特性如下：信號量是一個非負整數（車位數），所有通過它的線程（車輛）都會將該整數減一（通過它當然是為了使用資源），當該整數值為零時，所有試圖通過它的線程都將處于等待狀態。在信號量上我們定義兩種操作： Wait（等待） 和 Release（釋放）。 當一個線程調用Wait（等待）操作時，它要么通過然后將信號量減一，要么一直等下去，直到信號量大于一或超時。Release（釋放）實際上是在信號量上執行加操作，對應于車輛離開停車場，該操作之所以叫做“釋放”是因為加操作實際上是釋放了由信號量守護的資源。

    在Java中，還可以設置該信號量是否采用公平模式，如果以公平方式執行，則線程將會按到達的順序（FIFO）執行，如果是非公平，則可以后請求的有可能排在隊列的頭部。
JDK中定義如下：

        Semaphore(int permits, boolean fair)

　　   創建具有給定的許可數和給定的公平設置的Semaphore。

    Semaphore當前在多線程環境下被擴放使用，操作系統的信號量是個很重要的概念，在進程控制方面都有應用。Java并發庫Semaphore 可以很輕松完成信號量控制，Semaphore可以控制某個資源可被同時訪問的個數，通過 acquire() 獲取一個許可，如果沒有就等待，而 release() 釋放一個許可。比如在Windows下可以設置共享文件的最大客戶端訪問個數。

    Semaphore實現的功能就類似廁所有5個坑，假如有10個人要上廁所，那么同時只能有多少個人去上廁所呢？同時只能有5個人能夠占用，當5個人中 的任何一個人讓開后，其中等待的另外5個人中又有一個人可以占用了。另外等待的5個人中可以是隨機獲得優先機會，也可以是按照先來后到的順序獲得機會，這取決于構造Semaphore對象時傳入的參數選項。單個信號量的Semaphore對象可以實現互斥鎖的功能，并且可以是由一個線程獲得了“鎖”，再由另一個線程釋放“鎖”，這可應用于死鎖恢復的一些場合。

代碼示例

import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore;   /**  * DateTime: 2015年1月1日 下午6:41:01  *  */ public class SemaPhore {   public static void main(String[] args) {     // 線程池     ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();     // 只能5個線程同時訪問     final Semaphore semp = new Semaphore(5);     // 模擬20個客戶端訪問     for (int index = 0; index < 50; index++) {       final int NO = index;       Runnable run = new Runnable() {         public void run() {           try {<span id="transmark"></span>             // 獲取許可             semp.acquire();             System.out.println("Accessing: " + NO);             Thread.sleep((long) (Math.random() * 6000));             // 訪問完后，釋放             semp.release();             //availablePermits()指的是當前信號燈庫中有多少個可以被使用             System.out.println("-----------------" + semp.availablePermits());            } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();           }         }       };       exec.execute(run);     }     // 退出線程池     exec.shutdown();   } 

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