《蹲坑也能进大厂》多线程系列 - 线程同步神器七星刀之Sem

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前言

多线程系列我们前面已经更新过多个章节，强烈建议小伙伴按照顺序学习：

《蹲坑也能进大厂》多线程系列文章目录

Semaphore称为信号量，是JUC中常见的一种工具类，该类使用起来比较简单，唯一的难点就是很多小伙伴们，对于信号量是什么很难理解，今天花Gie就来简单扼要的分析一波。

一、信号量是什么

  • 生活场景举例

我国有很多污染比较严重的工厂，但是为了经济发展，又不能对其全部关停，因此国家就有一个折中的办法，每个工厂需要向环境保护行政主管部门申请排污许可证。只要拥有许可证的工厂才允许合法运作。但是每年的排污许可证又是有数量限制，不能允许过多的工厂申请，否则就无法起到环境污染程度的控制的。

  • Java中信号量

在Java中，Semaphore就是上面的排污许可证，也就是信号量。那我们有哪些场景会用到信号量呢，比如我们调用某个方法，而该方法内部是下载文件或大数据量处理操作，所以非常耗时，这个时候如果我们不对该方法加以限制，当一次性过多线程调用时，可能会拖垮整个服务，Semaphore在这里就起到限制访问线程数量的作用。

image.png

二、Semaphore核心方法

Semaphore和CountDownLatch一样，内部维护一个核心属性sync，通过AQS的共享锁机制实现，这个后续会AQS会详细介绍

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arduino复制代码private final Sync sync;

看一下Semaphore的几个核心方法：

  • Semaphore(int premits,boolean fair)： 构造器方法。permits为信号量初始化数量，第二个参数fair可以设置是否需要公平策略，如果传入true，那么Semaphore会把等待的线程放入FIFO队列中，以便许可证被释放后，可以分配给等待时间最长的线程；
  • acquire()： 试图获取许可证，如果当前没有可用的，就会进入阻塞等待状态；
  • tryAcquire()： 试图获取许可证，如果是否能够获取，都不会进入阻塞。
  • tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)： 和tryAcquire一样，只是多了一个超时时间，等待指定时间还获取不到许可证，就会停止等待；
  • availablePermits: 获取可用许可证数量；
  • release()： 释放一个许可证；
  • release(int permits)： 释放指定数量的许可证。

三、代码演示

现在创建100个线程，每个线程每次只获取（acquire(1)）一个信号量，并将semaphore数量初始化为3，，我们先看下代码，试想一下结果打印的会是什么呢。

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csharp复制代码public class SemaphoreDemo {
    static Semaphore semaphore = new Semaphore(3,true);
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            service.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        semaphore.acquire(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"成功获取许可证");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"释放许可证");
                    semaphore.release();
                }
            });
        }
        service.shutdown();
        semaphore.tryAcquire();
    }
}

打印结果如下：

image.png

可以清楚的看到，每次会有三个线程获取到信号量，只有信号量被释放后，其他线程才能继续获取。

代码过程图示如下：

  • 初始化semaphore许可证数量为3；
  • 线程1、线程2、线程3可以正常获取许可证，并方位服务；
  • 线程4访问时由于许可证数量不足，进入阻塞；
  • 当线程1释放许可证后，线程4使用acqire获取，正常访问服务。

image.png

上面我们演示了：使用semaphore.acquire()来获取信号量，这时每个线程只会拿到一个信号量，但如果我们将代码改成acquire(2)呢，这样会出现什么情况，这个时候会有几个线程能够同时执行呢，接下来继续代码演示一下。

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scss复制代码//只需要修改两处代码
semaphore.acquire(2);
semaphore.release(1);

结果如下：

image.png

其实这个是很容易理解的，因为一个线程一次获取两个许可证，但是只释放一个，所以许可证两轮之后不足以被其他线程再次获取，其他线程就会被阻塞。

四、注意事项

  • 获取和释放的许可证数量必须一致，否则随着时间的推移，最后许可证数量不够用，会导致线程卡死。
  • Semaphore设置是否公平性时，一般设置为true比较合理，因为Semaphore使用场景就是用在耗时较长的操作，如果被反复插队，线程就会持续陷入等待。
  • 获取和释放的许可证不要求为同一个线程，只要满足我们业务需要，可以由A线程获取许可证，让B线程来释放。

总结

以上就是关于信号量的全部内容，总体看来，用法比较简单，再结合实际场景中许可证的栗子，我们掌握Semaphore会容易很多，今天又是收获满满的一天，下一章说些什么呢，花哥会和大家分享另外一个有趣的知识点-Condition，我们下期见咯。

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本文转载自: 掘金

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