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引言
这节课,我们就开始讲一下信号量Semaphore
理论
Semaphore:一个可计数的信号量。一般，一个semaphore 信号量是一组许可证。如果必要，那个每次acquire获取许可都是阻塞的，直接一个许可证是可用的，并获取到。每次release释放，都会增加一个许可证，潜在的，也会释放一个阻塞请求。然而。并非每次许可对象都可以被使用的，这个Semaphore信号量只保存几个可用的许可证和相应的操作。
如果有几个线程数要访问几个共享资源的话，那么这时候就应该使用信号量。举例说明：这个有类Pool类，它就使用信号量在控制多线程去访问那么几个有限items。
class Pool {
private static final int MAX_AVAILABLE = 100;
private final Semaphore available = new Semaphore(MAX_AVAILABLE, true);
public Object getItem() throws InterruptedException {
available.acquire();
return getNextAvailableItem();
}
public void putItem(Object x) {
if (markAsUnused(x))
available.release();
}
// Not a particularly efficient data structure; just for demo
protected Object[] items = ... whatever kinds of items being managed
protected boolean[] used = new boolean[MAX_AVAILABLE];
protected synchronized Object getNextAvailableItem() {
for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i) {
if (!used[i]) {
used[i] = true;
return items[i];
}
}
return null; // not reached
}
protected synchronized boolean markAsUnused(Object item) {
for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i) {
if (item == items[i]) {
if (used[i]) {
used[i] = false;
return true;
} else
return false;
}
}
return false;
}
}
在每个线程获取
item之前，必须先从信号量获取许可。保证这个item对用户来说是可以使用的。当线程结束使用item时，并让item返回item池，这信号量会释放这个许可，之后允许使用线程可以获取到这个item。必须要注意的，在程序中，在获取许可和释放许可的死胡同并没有使用同步锁，信号量封装了限制对池的访问所需的同步，与维护池本身的一致性所需的任何同步。
Semaphore(int permits): 创建一个指定数量的许可的信号量Semaphore(int permits, boolean fair)创建一个指定数量的许可,并保证每个线程都是公平的,当fair为true时,信号量会安装先进先出的原则来获取许可.acquire()在当前信号量中获取一个许可.当前线程会一直阻塞直到有一个可用的许可,或被其他线程中断.acquireUninterruptibly(): 在当前信号量中获取一个许可.当前线程会一直阻塞直到有一个可用的许可.tryAcquire()在当前信号量尝试获取一个许可,如果有可用,则获取到这个许可,并立即返回true,后缀立即返回falsetryAcquire在当前信号量获取一个许可,当前线程会一直阻塞直到有一个可用的许可.或指定时间超时了,或被其他线程中断.release()释放一个许可,把让它返回到这个信号量中.acquire(int permits)请求指定数量的许可,如果有足够的许可可用,那么当前线程会立刻返回,如果许可不足,则当前会一直等待,直到被其他线程中断,或获取到足够的许可.acquireUninterruptibly(int permits)请求指定数量的许可,如果有足够的许可可用,那么当前线程会立刻返回,如果许可不足,则当前会一直等待,直到获取到足够的许可.tryAcquire(int permits)在当前信号量尝试获取指定数量的许可,如果有可用,则获取到这个许可,并立即返回true,后缀立即返回falsetryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)在指定的超时时间,当前信号量尝试获取指定数量的许可,如果有可用,则获取到这个许可,并立即返回true,后缀立即返回falserelease(int permits)释放指定数量的许可availablePermits()返回当前信号量还有几个可用的许可drainPermits()请求并立即返回当前信号量可用的全部许可reducePermits(int reduction)根据指定的缩减量减小可用许可的数目。此方法在使用信号量来跟踪那些变为不可用资源的子类中很有用。此方法不同于 acquire，在许可变为可用的过程中，它不会阻塞等待。isFair()返回当前的信号量时候是公平的hasQueuedThreads()查询是否有线程正在等待获取。注意，因为同时可能发生取消，所以返回 true 并不保证有其他线程等待获取许可。此方法主要用于监视系统状态。getQueueLength()返回正在等待获取的线程的估计数目。该值仅是估计的数字，因为在此方法遍历内部数据结构的同时，线程的数目可能动态地变化。此方法用于监视系统状态，不用于同步控制。getQueuedThreads()返回一个 collection，包含可能等待获取的线程。因为在构造此结果的同时实际的线程 set 可能动态地变化，所以返回的 collection 仅是尽力的估计值。所返回 collection 中的元素没有特定的顺序。此方法用于加快子类的构造速度，提供更多的监视设施。
例子
看了前面那么方法的介绍,恐怕你想吐的的心都有了吧?还是让我们回归轻松愉快的例子来吧.这里我们还是继续举小明和小红谈人生和理想的例子.之前他们在卧室里谈了好几百毫秒的人生和理想.顿时都感觉身疲惫,感觉身体好像被掏空了一样.所以这里他们都想洗一个热水澡,但是沐浴室只有三间,那就抢吧..ok,开始编程...
- 首先,先编写一个沐浴室
ShowerRoom
public class ShowerRoom {
private static final int MAX_SIZE = 3;
Semaphore semaphore = new Semaphore(MAX_SIZE);
public void bathe(String name){
try {
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 洗唰唰啊..洗唰唰... ");
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 终于洗完澡了...");
semaphore.release();
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
- 然后编写让
小明和小红去洗澡操作BoyAndGril
public class BoyAndGril implements Runnable{
ShowerRoom showerRoom;
public BoyAndGril(ShowerRoom showerRoom) {
this.showerRoom = showerRoom;
}
@Override
public void run() {
String name = Thread.currentThread().getName();
showerRoom.bathe(name);
}
}
- 最后,测试一下
public class TestMain {
public static void main(String[] args) {
Set<Thread> boyAndGril = new HashSet<>();
ShowerRoom showerRoom = new ShowerRoom();
for (int i = 0; i < 10; i ++){
boyAndGril.add(new Thread(new BoyAndGril(showerRoom), "小明" + i + "号"));
}
for (int i = 0; i < 10; i ++){
boyAndGril.add(new Thread(new BoyAndGril(showerRoom), "小红" + i + "号"));
}
for (Thread thread : boyAndGril){
thread.start();
}
}
}
运行一下结果
小红3号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小红6号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小明0号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小红3号 终于洗完澡了...
小红2号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小红6号 终于洗完澡了...
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小红1号 洗唰唰啊..洗唰唰...
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小明5号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小明2号 终于洗完澡了...
小明7号 洗唰唰啊..洗唰唰...
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小明8号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小明6号 终于洗完澡了...
小红8号 终于洗完澡了...
小明8号 终于洗完澡了...
ok,运行正常,程序中不会发生四个人以及四个以上的人在同时洗澡的情况.
如果有人觉得这个好像也没有使用什么共享资源啊,没有上面那个例子的item pool,那行,那把有关semaphore的代码注释掉,再运行一下.
小红3号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小红6号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小明0号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小红2号 洗唰唰啊..洗唰唰...
小明2号 洗唰唰啊..洗唰唰...
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小红7号 终于洗完澡了...
小明8号 终于洗完澡了...
发现这几十个人都同时在三间沐浴室里洗澡,那么肯定有只是一间会出现两人或两人以上同时洗澡的情况.如果浴室够大,大家都没有意见,那还好.就是如果肥皂掉了,这个时候,小明就得考虑要不要弯腰去捡了....
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