【详解】JUC之Semaphore

简介

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。

Semaphore用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数目，他维护了一个许可证集合，有多少资源需要限制就维护多少许可证集合，假如这里有N个资源，那就对应于N个许可证，同一时刻也只能有N个线程访问。

举个例子：
相信在学生时代都去餐厅打过饭，假如有3个窗口可以打饭，同一时刻也只能有3名同学打饭。第四个人来了之后就必须在外面等着，只要有打饭的同学好了，就可以去相应的窗口了。

一个线程获取许可证就调用acquire方法，用完了释放资源就调用release方法。

自定义Lock

public class SemaphoreTest {

    public static void main(String[] args) {
        final SemaphoreLock lock = new SemaphoreLock();
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            new Thread(()->{
                try {
                    lock.lock();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock.");
                    Thread.sleep(3000);
                }catch (Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }finally {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release the lock.");
                    lock.unlock();
                }
            }).start();
        }

    }



    static class SemaphoreLock{
        private final Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

        public void lock() throws InterruptedException {
            semaphore.acquire();
        }

        public void unlock()  {
            semaphore.release();
        }
    }
}

结果

Thread-0 get the lock.
Thread-0 release the lock.
Thread-1 get the lock.
Thread-1 release the lock.

跟synchronized的区别

• 可以看出最大的区别就是可以控制多个线程访问资源，而不是只用一个线程

构造方法

public Semaphore(int permits)
public Semaphore(int permits , boolean fair)

• permits：同一时间可以访问资源的线程数目
• fair：尽可能的保证公平

重要方法

public void acquire() throws InterruptedException
public void release()

• acquire()：获取一个许可证，如果许可证用完了，则陷入阻塞。可以被打断。
• release()：释放一个许可证

acquire(int permits) 
public void release(int permits)

acquire多个时，如果没有足够的许可证可用，那么当前线程将被禁用以进行线程调度，并且处于休眠状态，直到发生两件事情之一：

• 一些其他线程调用此信号量的一个release方法，当前线程旁边将分配许可证，并且可用许可证的数量满足此请求;
• 要么一些其他线程interrupts当前线程。

release多个时，会使许可证增多，最终可能超过初始值

public boolean tryAcquire(int permits)
public boolean tryAcquire(int permits,
                          long timeout,
                          TimeUnit unit)
                   throws InterruptedException

• 尝试去拿，拿到返回true

其他方法

public int availablePermits()

• 返回此信号量中当前可用的许可数。

protected Collection<Thread> getQueuedThreads()
public final int getQueueLength()

• getQueuedThreads返回正在阻塞的线程集合
• getQueueLength返回阻塞获取的线程数

public void acquireUninterruptibly()
public void acquireUninterruptibly(int permits)

• 可以不被打断获取许可证

public int drainPermits()

• 获取当前全部的许可证