Semaphore的工作原理及实例
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Semaphore的工作原理及实例
编辑时间:2019-05-06 18:06 作者:毛毛小妖 浏览量:129 评论数:1

Semaphore是一种在多线程环境下使用的设施,该设施负责协调各个线程,以保证它们能够正确、合理的使用公共资源的设施,也是操作系统中用于控制进程同步互斥的量。Semaphore是一种计数信号量,用于管理一组资源,内部是基于AQS的共享模式。它相当于给线程规定一个量从而控制允许活动的线程数。

1、工作原理 

      以一个停车场是运作为例。为了简单起见,假设停车场只有三个车位,一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车,看门人允许其中三辆不受阻碍的进入,然后放下车拦,剩下的车则必须在入口等待,此后来的车也都不得不在入口处等待。这时,有一辆车离开停车场,看门人得知后,打开车拦,放入一辆,如果又离开两辆,则又可以放入两辆,如此往复。这个停车系统中,每辆车就好比一个线程,看门人就好比一个信号量,看门人限制了可以活动的线程。假如里面依然是三个车位,但是看门人改变了规则,要求每次只能停两辆车,那么一开始进入两辆车,后面得等到有车离开才能有车进入,但是得保证最多停两辆车。对于Semaphore类而言,就如同一个看门人,限制了可活动的线程数。

Semaphore主要方法:

Semaphore(int permits):构造方法,创建具有给定许可数的计数信号量并设置为非公平信号量。

Semaphore(int permits,boolean fair):构造方法,当fair等于true时,创建具有给定许可数的计数信号量并设置为公平信号量。

void acquire():从此信号量获取一个许可前线程将一直阻塞。相当于一辆车占了一个车位。

void acquire(int n):从此信号量获取给定数目许可,在提供这些许可前一直将线程阻塞。比如n=2,就相当于一辆车占了两个车位。

void release():释放一个许可,将其返回给信号量。就如同车开走返回一个车位。

void release(int n):释放n个许可。

int availablePermits():当前可用的许可数。

2、实例讲解

      接下来举个例子,就是关于每个人的个人信息,那么一个人占用一个线程,并用Semphore类创建对象从而初始化信号量,控制可活动的线程数。具体代码如下:

package concurrent;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class SemaphoreDemo {
	private static final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
	private static final ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS,
			new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

	private static class InformationThread extends Thread {
		private final String name;
		private final int age;

		public InformationThread(String name, int age) {
			this.name = name;
			this.age = age;
		}

		public void run() {
			try {
				semaphore.acquire();
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":大家好,我是" + name + "我今年" + age + "岁当前时间为:"
						+ System.currentTimeMillis());
				Thread.sleep(1000);
				System.out.println(name + "要准备释放许可证了,当前时间为:" + System.currentTimeMillis());
				System.out.println("当前可使用的许可数为:" + semaphore.availablePermits());
				semaphore.release();

			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		String[] name = { "李明", "王五", "张杰", "王强", "赵二", "李四", "张三" };
		int[] age = { 26, 27, 33, 45, 19, 23, 41 };
		for (int i = 0; i < 7; i++) {
			Thread t1 = new InformationThread(name[i], age[i]);
			threadPool.execute(t1);
		}
	}

}

运行上述程序结果如下:

pool-1-thread-3:大家好,我是张杰我今年33岁当前时间为:1520424000186
pool-1-thread-1:大家好,我是李明我今年26岁当前时间为:1520424000186
pool-1-thread-2:大家好,我是王五我今年27岁当前时间为:1520424000186
张杰要准备释放许可证了,当前时间为:1520424001187
李明要准备释放许可证了,当前时间为:1520424001187
王五要准备释放许可证了,当前时间为:1520424001187
当前可使用的许可数为:0
当前可使用的许可数为:0
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-4:大家好,我是王强我今年45岁当前时间为:1520424001187
pool-1-thread-2:大家好,我是张三我今年41岁当前时间为:1520424001187
pool-1-thread-1:大家好,我是李四我今年23岁当前时间为:1520424001187
李四要准备释放许可证了,当前时间为:1520424002187
王强要准备释放许可证了,当前时间为:1520424002187
当前可使用的许可数为:0
张三要准备释放许可证了,当前时间为:1520424002187
pool-1-thread-5:大家好,我是赵二我今年19岁当前时间为:1520424002187
当前可使用的许可数为:0
当前可使用的许可数为:0
赵二要准备释放许可证了,当前时间为:1520424003188
当前可使用的许可数为:2

以上是非公平信号量,将建立Semaphore对象的语句改为如下语句:

private static final Semaphore semaphore=new Semaphore(3,true);

运行程序:

pool-1-thread-2:大家好,我是王五我今年27岁当前时间为:1520424286454
pool-1-thread-3:大家好,我是张杰我今年33岁当前时间为:1520424286454
pool-1-thread-1:大家好,我是李明我今年26岁当前时间为:1520424286454
pool-1-thread-1:李明要准备释放许可证了,当前时间为:1520424287455
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-2:王五要准备释放许可证了,当前时间为:1520424287455
pool-1-thread-3:张杰要准备释放许可证了,当前时间为:1520424287455
当前可使用的许可数为:0
当前可使用的许可数为:1
pool-1-thread-1:大家好,我是李四我今年23岁当前时间为:1520424287455
pool-1-thread-5:大家好,我是赵二我今年19岁当前时间为:1520424287455
pool-1-thread-4:大家好,我是王强我今年45岁当前时间为:1520424287455
pool-1-thread-4:王强要准备释放许可证了,当前时间为:1520424288456
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-1:李四要准备释放许可证了,当前时间为:1520424288456
pool-1-thread-3:大家好,我是张三我今年41岁当前时间为:1520424288456
pool-1-thread-5:赵二要准备释放许可证了,当前时间为:1520424288456
当前可使用的许可数为:0
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-3:张三要准备释放许可证了,当前时间为:1520424289456
当前可使用的许可数为:2

3、实现单例模式

将创建信号量对象语句修改如下:

private static final Semaphore semaphore=new Semaphore(1);

运行程序,结果如下:

pool-1-thread-1:大家好,我是李明我今年26岁当前时间为:1520424379699
pool-1-thread-1:李明要准备释放许可证了,当前时间为:1520424380700
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-2:大家好,我是王五我今年27岁当前时间为:1520424380700
pool-1-thread-2:王五要准备释放许可证了,当前时间为:1520424381701
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-3:大家好,我是张杰我今年33岁当前时间为:1520424381701
pool-1-thread-3:张杰要准备释放许可证了,当前时间为:1520424382702
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-4:大家好,我是王强我今年45岁当前时间为:1520424382702
pool-1-thread-4:王强要准备释放许可证了,当前时间为:1520424383702
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-5:大家好,我是赵二我今年19岁当前时间为:1520424383702
pool-1-thread-5:赵二要准备释放许可证了,当前时间为:1520424384702
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-1:大家好,我是李四我今年23岁当前时间为:1520424384702
pool-1-thread-1:李四要准备释放许可证了,当前时间为:1520424385702
当前可使用的许可数为:0
pool-1-thread-2:大家好,我是张三我今年41岁当前时间为:1520424385702
pool-1-thread-2:张三要准备释放许可证了,当前时间为:1520424386703
当前可使用的许可数为:0

 如上可知,如果将给定许可数设置为1,就如同一个单例模式,即单个停车位,只有一辆车进,然后这辆车出来后,下一辆车才能进。

4、总结

       Semaphore主要用于控制当前活动线程数目,就如同停车场系统一般,而Semaphore则相当于看守的人,用于控制总共允许停车的停车位的个数,而对于每辆车来说就如同一个线程,线程需要通过acquire()方法获取许可,而release()释放许可。如果许可数达到最大活动数,那么调用acquire()之后,便进入等待队列,等待已获得许可的线程释放许可,从而使得多线程能够合理的运行。
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作者:carson0408 
来源:CSDN 
原文:https://blog.csdn.net/carson0408/article/details/79475723 

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