Semaphore
来源:互联网 发布:远程监控软件下载 编辑:程序博客网 时间:2024/09/21 08:19
Semaphore
Semaphore
是 Java 并发包中提供的一个工具类,翻译过来为“信号量”,作用是控制并发线程的数量。
类的结构
先来看一下 Semaphore
的结构:
Semaphore
中有三个个内部类:
- 类
Sync
继承了AbstractQueuedSynchronizer
,重写了tryReleaseShared
方法,还有一些在Semaphore
中用到的辅助方法,都是对线程进行控制的 - 类
NonfairSync
继承了Sync
,通过重写tryAcquireShared
方法实现了非公平的线程竞争机制,这个方法内部是调用了Sync
的nonfairTryAcquireShared
方法 - 类
FairSync
继承了Sync
,也是通过重写tryAcquireShared
方法实现了公平的线程竞争机制
由此可以看出,Semaphore
实际上是通过 AQS 的共享锁来控制线程的。
构造方法
Semaphore
的构造函数对变量 sync 进行了初始化,默认是非公平竞争的,也可以通过指定参数设置为公平竞争,其他所有的方法内部都是调用了 sync 变量的方法。
public Semaphore(int permits) { sync = new NonfairSync(permits);}public Semaphore(int permits, boolean fair) { sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);}
acquire
acquire
用来获取信号量,Semaphore
提供了重载方法,也可以获取多个信号量。
public void acquire() throws InterruptedException { // 获取 1 个信号量 sync.acquireSharedInterruptibly(1);}public void acquire(int permits) throws InterruptedException { if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException(); // 参数判断 sync.acquireSharedInterruptibly(permits); // 获取指定个数的信号量}
acquire
方法内部调用了 sync
的 acquireSharedInterruptibly
方法,这里并没有对这个方法进行重写,所以调用的还是 AbstractQueuedSynchronizer
中的方法,这里就不贴代码了,但是 acquireSharedInterruptibly
方法内部又调用了 tryAcquireShared
方法,由于 Semaphore
类提供了公平和非公平两种竞争机制,所以 tryAcquireShared
也有两种不同的实现。
来看一下两种获取锁的方法。
tryAcquireShared
先来看一下非公平的 tryAcquireShared
,这个方法是内部类 NonfairSync
中的:
protected int tryAcquireShared(int acquires) { return nonfairTryAcquireShared(acquires);}
继续看 nonfairTryAcquireShared
,这个方法是 Sync
提供的:
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) { for (;;) { // 循环直到获取成功 int available = getState(); // 获取当前 state,在这里就是信号量 int remaining = available - acquires; // 减去获取的信号量后剩余的信号量 // 如果信号量小于 0(获取失败) 或者更新信号量成功,返回剩余信号量 if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining)) return remaining; }}
再看公平的 tryAcquireShared
,这个方法是内部类 FairSync
中的:
protected int tryAcquireShared(int acquires) { for (;;) { // 先判断在当前线程之前是否有线程正在 acquire,如果有返回 -1 表示获取失败 if (hasQueuedPredecessors()) return -1; int available = getState(); int remaining = available - acquires; if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining)) return remaining; }}
相对于非公平的 nonfairTryAcquireShared
,公平的 tryAcquireShared
先判断在当前线程之前是否有线程正在 acquire,如果有就直接返回 -1 表示 tryAcquire 失败了,这就是公平的体现。
acquire
还提供了忽略中断的 acquireUninterruptibly
,这里就不展开来说了。
release
release
方法用来释放信号量,同样的,Semaphore
提供了重载方法,可以释放多个信号量。
public void release() { sync.releaseShared(1);}public void release(int permits) { if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException(); sync.releaseShared(permits);}
和 acquire
一样,release
方法调用了 AbstractQueuedSynchronizer
中的 releaseShared
方法,releaseShared
方法内部又调用了 tryReleaseShared
方法,这个方法由子类 Sync
重写:
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;) { int current = getState(); int next = current + releases; if (next < current) // overflow 溢出 throw new Error("Maximum permit count exceeded"); if (compareAndSetState(current, next)) return true; }}
tryReleaseShared
的逻辑比较简单,将信号量归还,CAS 更新 state 即可。
Semaphore
还提供了 tryAcquire
方法以及一些辅助方法,这里不再赘述。
总结
Semaphore
提供了线程的控制方案,对线程的竞争提供了公平和非公平的方式。
应用
import java.util.concurrent.Semaphore;public class SemaphoreTest { private static final int numOfThreads = 5; // 线程数 private static final int sleepTime = 3000; // 睡眠时间 public static void main(String[] args) { Semaphore semaphore = new Semaphore(numOfThreads); System.out.println("停车场一共有 " + numOfThreads + " 个停车位"); for (int i = 0; i < 2 * numOfThreads; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { semaphore.acquire(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 停车"); Thread.sleep(sleepTime); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开走了"); semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }).start(); } }}
输出结果为:
停车场一共有 5 个停车位Thread-2 停车Thread-0 停车Thread-1 停车Thread-4 停车Thread-3 停车Thread-0 开走了Thread-2 开走了Thread-8 停车Thread-7 停车Thread-1 开走了Thread-4 开走了Thread-3 开走了Thread-9 停车Thread-6 停车Thread-5 停车Thread-7 开走了Thread-8 开走了Thread-9 开走了Thread-6 开走了Thread-5 开走了
CountDownLatch、CyclicBarrier 和 Semaphore
CountDownLatch
由一类线程控制另一类线程,CyclicBarrier
是一类线程都执行到了await
方法后再继续执行,Semaphore
则是控制同时执行的线程的数量CountDownLatch
主要通过await
方法和countDown
方法控制,CyclicBarrier
只通过await
方法,Semaphore
通过acquire
方法和release
方法
- Semaphore
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- Semaphore
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- Semaphore
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