第二部分：并发工具类16->Semaphore:如何快速实现一个限流器

1.Semaphore

信号量，类比红绿灯

编程中，线程能不能执行，看信号量是否允许

2.信号量模型

计数器+等待队列+三个方法

计数器和等待队列对外是透明的，只能通过提供的三个方法（init，down，up）来访问它们

init（）设置计数器的初始值
down（）计数器值减1，计数器当前值小于0，等钱线程被阻塞，否则当前线程可以继续执行
up（）计数器值加1，计数器的值小于或者等于0，则唤醒等待队列中的一个线程，并将其从等待队列中移除

init，down，up三个方法都是原子性的，通过信号量模型实现方保证
java.util.concurrent.Semaphore实现

信号量模型

class Semaphore{
  // 计数器
  int count;
  // 等待队列
  Queue queue;
  // 初始化操作
  Semaphore(int c){
    this.count=c;
  }
  // 
  void down(){
    this.count--;
    if(this.count<0){
      //将当前线程插入等待队列
      //阻塞当前线程
    }
  }
  void up(){
    this.count++;
    if(this.count<=0) {
      //移除等待队列中的某个线程T
      //唤醒线程T
    }
  }
}

sdk并发包里，down和up对应的是acquire和release

3.如何用信号量

count += 1，临界区，只允许一个线程执行，

类似互斥锁，进入临界区之前执行down操作，退出临界时执行up操作

static int count;
//初始化信号量
static final Semaphore s 
    = new Semaphore(1);
//用信号量保证互斥    
static void addOne() {
  s.acquire();
  try {
    count+=1;
  } finally {
    s.release();
  }
}

多线程T1,T2，同时调用acquire时，acquire是原子操作，只有一个线程能将信号量的计数器变为0，线程T2将计数器减为-1
对于线程T1，信号量里面计数器值是0，大于等于0，线程T1会继续执行，执行count += 1。
对于线程T2，信号量里面计数器值是-1，小于0，按照信号量模型描述，T2线程被阻塞。
T1执行完count+=1操作有，执行release()操作，信号量计数器值加1，变为0，小于等于0，对应信号量模型up描述，T2线程被唤醒，T2在T1执行完代码后获取了执行临界区的机会，保证了互斥性

4.快速实现限流器

sdk里面有互斥锁了，干嘛还用semaphore呢
sempahore可以允许多个线程访问一个临界区

限流：不允许多与N个线程同时进入临界区

信号量计数器，设置为1，表示只允许一个线程进入临界区，设置为n，表示同时允许n个线程进入临界区

对象池的伪代码

class ObjPool<T, R> {
  final List<T> pool;
  // 用信号量实现限流器
  final Semaphore sem;
  // 构造函数
  ObjPool(int size, T t){
    pool = new Vector<T>(){};
    for(int i=0; i<size; i++){
      pool.add(t);
    }
    sem = new Semaphore(size);
  }
  // 利用对象池的对象，调用func
  R exec(Function<T,R> func) {
    T t = null;
    sem.acquire();
    try {
      t = pool.remove(0);
      return func.apply(t);
    } finally {
      pool.add(t);
      sem.release();
    }
  }
}
// 创建对象池
ObjPool<Long, String> pool = 
  new ObjPool<Long, String>(10, 2);
// 通过对象池获取t，之后执行  
pool.exec(t -> {
    System.out.println(t);
    return t.toString();
});