线程流量控制工具之Semaphore

简介

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。很多年以来，我都觉得从字面上很难理解Semaphore所表达的含义，只能把它比作是控制流量的红绿灯，比如XX马路要限制流量，只允许同时有一百辆车在这条路上行使，其他的都必须在路口等待，所以前一百辆车会看到绿灯，可以开进这条马路，后面的车会看到红灯，不能驶入XX马路，但是如果前一百辆中有五辆车已经离开了XX马路，那么后面就允许有5辆车驶入马路，这个例子里说的车就是线程，驶入马路就表示线程在执行，离开马路就表示线程执行完成，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行。

  概述 

  一个计数信号量。从概念上讲，信号量维护了一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore 只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。拿到信号量的线程可以进入代码，否则就等待。通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

 相关方法：

acquire

public void acquire()
             throws InterruptedException

从此信号量获取一个许可，在提供一个许可前一直将线程阻塞，否则线程被中断。获取一个许可（如果提供了一个）并立即返回，将可用的许可数减 1。

如果没有可用的许可，则在发生以下两种情况之一前，禁止将当前线程用于线程安排目的并使其处于休眠状态：

• 某些其他线程调用此信号量的 release() 方法，并且当前线程是下一个要被分配许可的线程；或者
• 其他某些线程中断当前线程。

如果当前线程：

• 被此方法将其已中断状态设置为 on ；或者
• 在等待许可时被中断。

则抛出 InterruptedException，并且清除当前线程的已中断状态。 

抛出：

InterruptedException - 如果当前线程被中断

release

public void release()

释放一个许可，将其返回给信号量。释放一个许可，将可用的许可数增加 1。如果任意线程试图获取许可，则选中一个线程并将刚刚释放的许可给予它。然后针对线程安排目的启用（或再启用）该线程。

不要求释放许可的线程必须通过调用 acquire() 来获取许可。通过应用程序中的编程约定来建立信号量的正确用法。

 相关例子：

下面的例子只允许5个线程同时进入执行acquire()和release()之间的代码：

当其中一个线程执行完成后(semp.release())后,会归还许可,然后其他阻塞的线程就会拿到许可,然后继续执行

public class SemaphoreTest {

     public static void main(String[] args) { 

        // 线程池

        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); 

        // 只能5个线程同时访问

        final Semaphore semp = new Semaphore(5); 

        // 模拟20个客户端访问

        for (int index = 0; index < 20; index++) {

            final int NO = index; 

            Runnable run = new Runnable() { 

                public void run() { 

                    try { 

                        // 获取许可

                        semp.acquire(); 

                        System.out.println("Accessing: " + NO); 

                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000)); 

                        // 访问完后，释放 ，如果屏蔽下面的语句，则在控制台只能打印5条记录，之后线程一直阻塞

                        semp.release(); 

                    } catch (InterruptedException e) { 

                    } 

                } 

            }; 

            exec.execute(run); 

        } 

        // 退出线程池

        exec.shutdown(); 

    } 

}

其他补充:

Semaphore semAccess = new Semaphore(1, true);

将信号量初始化为 1，使得它在使用时最多只有一个可用的许可，从而可用作一个相互排斥的锁。这通常也称为二进制信号量，因为它只能有两种状态：一个可用的许可，或零个可用的许可。按此方式使用时，二进制信号量具有某种属性（与很多Lock 实现不同），即可以由线程释放“锁”，而不是由所有者（因为信号量没有所有权的概念）。在某些专门的上下文（如死锁恢复）中这会很有用。

此类的构造方法可选地接受一个公平 参数。当设置为 false 时，此类不对线程获取许可的顺序做任何保证。特别地，闯入 是允许的，也就是说可以在已经等待的线程前为调用acquire() 的线程分配一个许可，从逻辑上说，就是新线程将自己置于等待线程队列的头部。当公平设置为 true 时，信号量保证对于任何调用获取方法的线程而言，都按照处理它们调用这些方法的顺序（即先进先出；FIFO）来选择线程、获得许可。注意，FIFO 排序必然应用到这些方法内的指定内部执行点。所以，可能某个线程先于另一个线程调用了acquire，但是却在该线程之后到达排序点，并且从方法返回时也类似。还要注意，非同步的tryAcquire 方法不使用公平设置，而是使用任意可用的许可。