信号量(Semaphore),接受多个线程同时访问

1、引入信号量(Semaphore)

信号量为多线程提供更为强大的控制方法。广义上说,信号量是对锁的扩展。无论是内部锁synchronized还是重入锁ReentrantLock,一次都只允许一个线程访问一个资源,而信号量可以指定多个线程,同时访问某一个资源。
信号量主要提供了以下构造函数:

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

在构造信号量对象时,,必须指定信号量的准入数,即同时能申请多少个许可。当每个线程每次只申请一个许可时,这就相当于制定了同时有多少个线程可以访问某一资源。

2、信号量的主要逻辑方法

public void acquire()
public void acquireUninterruptibly()
public boolean tryAcquire()
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)
public void release()
  • acquire()方法尝试获得一个准入的许可。若无法获得,则线程会等待,直到有线程释放一个许可或当前线程被中断。
  • acquireUninterruptibly()方法和acquire()类似,但不响应中断。
  • tryAcquire()尝试获得一个许可,如果成功返回true,失败则返回false,它不会进行等待,立即返回。
  • tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)尝试在指定的时间内获得一个许可。
  • release()方法用于在线程访问资源结束后,释放一个许可。以使其他等待许可的线程可以进行资源访问。

3、简单演示一下Semaphore功能

演示代码如下:

public class SemaphoreDemo implements Runnable
{
    //声明了一个包含五个许可的信号量。这就意味着同时可以有5个线程进入临界区
    final Semaphore semaphore = new Semaphore(5);

    @Override
    public void run()
    {
        try
        {
            semaphore.acquire();
            //模拟耗时操作
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":done!");
            semaphore.release();
        }
        catch (InterruptedException e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void  main(String[] args)
    {
        ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(20);
        final SemaphoreDemo demo = new SemaphoreDemo();
        for (int i = 0; i < 20; ++i)
        {
            exec.submit(demo);
        }
    }

}

上述代码中,下面代码块为临界区管理代码,程序会限制执行这段代码的线程数。申明了一个包含5个许可的信号量,这就意味着同时可以有5个线程进入下面临界区代码段。申请信号量使用acquire()操作,在离开时,务必使用release()释放信号量,这就和释放锁一个道理。如果不幸发生了信号量泄露(申请了但没释放),那么可以进入临界区的线程数就会越来越少,直到所有的线程均不可访问。在本例中,同时开启了20个线程。观察这段程序的输出,会发现系统以5个线程为一组,依次输出带有线程ID的文本。

 //模拟耗时操作
 Thread.sleep(2000);
 System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":done!");

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