Semaphore（信号量）理解

一、简介

      信号量是一个线程同步结构，它能够在线程间发送信号以避免信号丢失 或者像使用一个锁一样用户保护 临界区。java5在java.util.concurrent包中已经有了信号量的实现。

     从概念上讲，信号量维护了一个许可集。当一个线程想要访问某个共享资源，首先，它必须获得semaphore。如果semaphore的内部计数器的值大于0，那么semaphore减少计数器的值并允许访问共享的资源。计数器的值大于0表示，有可以自由使用的资源，所以线程可以访问并使用它们。

另一种情况，如果semaphore的计数器的值等于0，那么semaphore让线程进入休眠状态一直到计数器大于0。计数器的值等于0表示全部的共享资源都正被线程们使用，所以此线程想要访问就必须等到某个资源成为自由的。

当线程使用完共享资源时，他必须放出semaphore为了让其他线程可以访问共享资源。这个操作会增加semaphore的内部计数器的值。

 二、相关接口

1、构造方法

public Semaphore(int permits)

创建一个给定数量的许可证和nonfair公平设置的信号量。

public Semaphore(int permits, boolean fair)

 创建一个给定数量的许可证的信号量，根据fair设置是否公平。

2、接口方法

 

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

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。

其他接口： 

public int availablePermits() ：返回此信号量中当前可用的许可证数。

public final int getQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。

public final boolean hasQueuedThreads()：是否有线程正在等待获取许可证。

protected void reducePermits(int reduction) ：减少reduction个许可证。是个protected方法。

protected Collection<Thread> getQueuedThreads() ：返回所有等待获取许可证的线程集合。是个protected方法。

 .....

三、 理解

 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。

     我觉得从字面上不太好理解Semaphore所表达的含义，只能把它比作是控制流量的红绿灯，比如某条马路要限制车流量，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该马路，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。

四、应用场景

      Semaphore可以用于做流量控制，特别公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。
假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是IO密集型任务，我们可以启动几十个线程并发的读取，
但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有10个，这时我们必须控制只有十个线程同时获取数据库连接保存数据，
否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，我们就可以使用Semaphore来做流控。

 五、示例code

public class SemaphoreTest {
public static void main(String[] args) {
// 线程池
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
// 可用的许可证数量，也就是最大并发数是5
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(Thread.currentThread().getName()+" Accessing: " + NO);
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
// 访问完后，释放 ，如果注释掉下面的semp.release()，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();
    }
}
 

在代码中，虽然有20个线程在执行，但是只允许5个并发的执行。
Semaphore的构造方法Semaphore(int permits) 接受一个整型的数字，表示可用的许可证数量。
Semaphore(5)表示允许5个线程获取许可证，也就是最大并发数是5。
Semaphore的用法也很简单，首先线程使用Semaphore的acquire()获取一个许可证，使用完之后调用release()归还许可证。
还可以用tryAcquire()方法尝试获取许可证。