摘要：在每個(gè)線程獲取之前，必須先從信號(hào)量獲取許可。注意，因?yàn)橥瑫r(shí)可能發(fā)生取消，所以返回并不保證有其他線程等待獲取許可。該值僅是估計(jì)的數(shù)字，因?yàn)樵诖朔椒ū闅v內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，線程的數(shù)目可能動(dòng)態(tài)地變化。
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引言
這節(jié)課,我們就開始講一下信號(hào)量Semaphore
理論
Semaphore:一個(gè)可計(jì)數(shù)的信號(hào)量。一般，一個(gè)semaphore 信號(hào)量是一組許可證。如果必要，那個(gè)每次acquire獲取許可都是阻塞的，直接一個(gè)許可證是可用的，并獲取到。每次release釋放，都會(huì)增加一個(gè)許可證，潛在的，也會(huì)釋放一個(gè)阻塞請(qǐng)求。然而。并非每次許可對(duì)象都可以被使用的，這個(gè)Semaphore信號(hào)量只保存幾個(gè)可用的許可證和相應(yīng)的操作。
如果有幾個(gè)線程數(shù)要訪問幾個(gè)共享資源的話，那么這時(shí)候就應(yīng)該使用信號(hào)量。舉例說明：這個(gè)有類Pool類，它就使用信號(hào)量在控制多線程去訪問那么幾個(gè)有限items。
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();
}
// Not a particularly efficient data structure; just for demo
protected Object[] items = ... whatever kinds of items being managed
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;
}
}
在每個(gè)線程獲取item之前，必須先從信號(hào)量獲取許可。保證這個(gè)item對(duì)用戶來說是可以使用的。當(dāng)線程結(jié)束使用item時(shí)，并讓item返回item池，這信號(hào)量會(huì)釋放這個(gè)許可，之后允許使用線程可以獲取到這個(gè)item。必須要注意的，在程序中，在獲取許可和釋放許可的死胡同并沒有使用同步鎖，信號(hào)量封裝了限制對(duì)池的訪問所需的同步，與維護(hù)池本身的一致性所需的任何同步。
Semaphore(int permits): 創(chuàng)建一個(gè)指定數(shù)量的許可的信號(hào)量
Semaphore(int permits, boolean fair) 創(chuàng)建一個(gè)指定數(shù)量的許可,并保證每個(gè)線程都是公平的,當(dāng)fair為true時(shí),信號(hào)量會(huì)安裝先進(jìn)先出的原則來獲取許可.
acquire() 在當(dāng)前信號(hào)量中獲取一個(gè)許可.當(dāng)前線程會(huì)一直阻塞直到有一個(gè)可用的許可,或被其他線程中斷.
acquireUninterruptibly(): 在當(dāng)前信號(hào)量中獲取一個(gè)許可.當(dāng)前線程會(huì)一直阻塞直到有一個(gè)可用的許可.
tryAcquire() 在當(dāng)前信號(hào)量嘗試獲取一個(gè)許可,如果有可用,則獲取到這個(gè)許可,并立即返回true,后綴立即返回false
tryAcquire 在當(dāng)前信號(hào)量獲取一個(gè)許可,當(dāng)前線程會(huì)一直阻塞直到有一個(gè)可用的許可.或指定時(shí)間超時(shí)了,或被其他線程中斷.
release() 釋放一個(gè)許可,把讓它返回到這個(gè)信號(hào)量中.
acquire(int permits) 請(qǐng)求指定數(shù)量的許可,如果有足夠的許可可用,那么當(dāng)前線程會(huì)立刻返回,如果許可不足,則當(dāng)前會(huì)一直等待,直到被其他線程中斷,或獲取到足夠的許可.
acquireUninterruptibly(int permits) 請(qǐng)求指定數(shù)量的許可,如果有足夠的許可可用,那么當(dāng)前線程會(huì)立刻返回,如果許可不足,則當(dāng)前會(huì)一直等待,直到獲取到足夠的許可.
tryAcquire(int permits) 在當(dāng)前信號(hào)量嘗試獲取指定數(shù)量的許可,如果有可用,則獲取到這個(gè)許可,并立即返回true,后綴立即返回false
tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) 在指定的超時(shí)時(shí)間,當(dāng)前信號(hào)量嘗試獲取指定數(shù)量的許可,如果有可用,則獲取到這個(gè)許可,并立即返回true,后綴立即返回false
release(int permits) 釋放指定數(shù)量的許可
availablePermits() 返回當(dāng)前信號(hào)量還有幾個(gè)可用的許可
drainPermits() 請(qǐng)求并立即返回當(dāng)前信號(hào)量可用的全部許可
reducePermits(int reduction) 根據(jù)指定的縮減量減小可用許可的數(shù)目。此方法在使用信號(hào)量來跟蹤那些變?yōu)椴豢捎觅Y源的子類中很有用。此方法不同于 acquire，在許可變?yōu)榭捎玫倪^程中，它不會(huì)阻塞等待。
isFair() 返回當(dāng)前的信號(hào)量時(shí)候是公平的
hasQueuedThreads() 查詢是否有線程正在等待獲取。注意，因?yàn)橥瑫r(shí)可能發(fā)生取消，所以返回 true 并不保證有其他線程等待獲取許可。此方法主要用于監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)。
getQueueLength() 返回正在等待獲取的線程的估計(jì)數(shù)目。該值僅是估計(jì)的數(shù)字，因?yàn)樵诖朔椒ū闅v內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，線程的數(shù)目可能動(dòng)態(tài)地變化。此方法用于監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，不用于同步控制。
getQueuedThreads() 返回一個(gè) collection，包含可能等待獲取的線程。因?yàn)樵跇?gòu)造此結(jié)果的同時(shí)實(shí)際的線程 set 可能動(dòng)態(tài)地變化，所以返回的 collection 僅是盡力的估計(jì)值。所返回 collection 中的元素沒有特定的順序。此方法用于加快子類的構(gòu)造速度，提供更多的監(jiān)視設(shè)施。
例子
看了前面那么方法的介紹,恐怕你想吐的的心都有了吧?還是讓我們回歸輕松愉快的例子來吧.這里我們還是繼續(xù)舉小明和小紅談人生和理想的例子.之前他們?cè)谂P室里談了好幾百毫秒的人生和理想.頓時(shí)都感覺身疲憊,感覺身體好像被掏空了一樣.所以這里他們都想洗一個(gè)熱水澡,但是沐浴室只有三間,那就搶吧..ok,開始編程...
首先,先編寫一個(gè)沐浴室ShowerRoom
public class ShowerRoom {
private static final int MAX_SIZE = 3;
Semaphore semaphore = new Semaphore(MAX_SIZE);
public void bathe(String name){
try {
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 洗唰唰啊..洗唰唰... ");
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 終于洗完澡了...");
semaphore.release();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
然后編寫讓小明和小紅去洗澡操作 BoyAndGril
public class BoyAndGril implements Runnable{
ShowerRoom showerRoom;
public BoyAndGril(ShowerRoom showerRoom) {
this.showerRoom = showerRoom;
}
@Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
showerRoom.bathe(name);
}
}
最后,測試一下
public class TestMain {
public static void main(String[] args) {
Set boyAndGril = new HashSet<>();
ShowerRoom showerRoom = new ShowerRoom();
for (int i = 0; i < 10; i ++){
boyAndGril.add(new Thread(new BoyAndGril(showerRoom), "小明" + i + "號(hào)"));
}
for (int i = 0; i < 10; i ++){
boyAndGril.add(new Thread(new BoyAndGril(showerRoom), "小紅" + i + "號(hào)"));
}
for (Thread thread : boyAndGril){
thread.start();
}
}
}
運(yùn)行一下結(jié)果
小紅3號(hào) 洗唰唰啊..洗唰唰...
小紅6號(hào) 洗唰唰啊..洗唰唰...
小明0號(hào) 洗唰唰啊..洗唰唰...
小紅3號(hào) 終于洗完澡了...
小紅2號(hào) 洗唰唰啊..洗唰唰...
小紅6號(hào) 終于洗完澡了...
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小明0號(hào) 終于洗完澡了...
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小明6號(hào) 終于洗完澡了...
小紅8號(hào) 終于洗完澡了...
小明8號(hào) 終于洗完澡了...
ok,運(yùn)行正常,程序中不會(huì)發(fā)生四個(gè)人以及四個(gè)以上的人在同時(shí)洗澡的情況.
如果有人覺得這個(gè)好像也沒有使用什么共享資源啊,沒有上面那個(gè)例子的item pool,那行,那把有關(guān)semaphore的代碼注釋掉,再運(yùn)行一下.
小紅3號(hào) 洗唰唰啊..洗唰唰...
小紅6號(hào) 洗唰唰啊..洗唰唰...
小明0號(hào) 洗唰唰啊..洗唰唰...
小紅2號(hào) 洗唰唰啊..洗唰唰...
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發(fā)現(xiàn)這幾十個(gè)人都同時(shí)在三間沐浴室里洗澡,那么肯定有只是一間會(huì)出現(xiàn)兩人或兩人以上同時(shí)洗澡的情況.如果浴室夠大,大家都沒有意見,那還好.就是如果肥皂掉了,這個(gè)時(shí)候,小明就得考慮要不要彎腰去撿了....
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