java并发编程之一--Semaphore的使用

1、介绍

　　Semaphore 中文的含义 信号，信号系统，此类的只要作用就是限制线程的并发的数量。

　　Semaphore内部主要通过AQS（AbstractQueuedSynchronizer）实现线程的管理。Semaphore有两个构造函数，参数permits表示许可数，它最后传递给了AQS的state值。线程在运行时首先acquire（获取）许可，如果成功，许可数就减1，线程运行，当线程运行结束就release（释放）许可，许可数就加1。如果许可数为0，则获取失败，线程位于AQS的等待队列中，它会被其它释放许可的线程唤醒。在创建Semaphore对象的时候还可以指定它的（fair）公平性。一般常用非公平的信号量，非公平信号量是指在获取许可时先尝试获取许可，而不必关心是否已有需要获取许可的线程位于等待队列中，如果获取失败，才会入列。而公平的信号量在获取许可时首先要查看等待队列中是否已有线程，如果有则入列。

2、方法

构造函数

//参数permits代表同一时间内，最多允许多少个线程执行
public Semaphore(int permits) {  
    sync = new NonfairSync(permits);  
}  
//参数fair表示是否公平信号量
public Semaphore(int permits, boolean fair) {  
    sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);  
} 

acquire()、release()方法

public void acquire() throws InterruptedException {  }     //获取一个许可  
public void acquire(int permits) throws InterruptedException { }    //获取permits个许可  
public void release() { }          //释放一个许可  
public void release(int permits) { }    //释放permits个许可 

其他的方法

//返回可用的许可，并将可用许可数清零
public int drainPermits() 
//尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回false  
public boolean tryAcquire(int permits) { };   
//尝试获取permits个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true  
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };
//在等待进入acquire()方法的线程 不允许被中断
public void acquireUninterruptibly(int permits) 
//取得等待许可线程个数
public final int getQueueLength() 
//是否有线程在等待这个许可
public final boolean hasQueuedThreads() 
//得到当前可用的许可数目  
public int availablePermits(); 

3、测试

详见本人github：https://github.com/BrokenColor/java-demo 下的 semaphoredemo-包中的测试

 另送：Exchanger类

　　Exchanger（交换者）是一个用于线程间协作的工具类。Exchanger用于进行线程间的数据交换。它提供一个同步点，在这个同步点两个线程可以交换彼此的数据。这两个线程通过exchange方法交换数据， 如果第一个线程先执行exchange方法，它会一直等待第二个线程也执行exchange，当两个线程都到达同步点时，这两个线程就可以交换数据，将本线程生产出来的数据传递给对方。因此使用Exchanger的重点是成对的线程使用exchange()方法，当有一对线程达到了同步点，就会进行交换数据。因此该工具类的线程对象是成对的。Exchanger类提供了两个方法，String exchange(V x):用于交换，启动交换并等待另一个线程调用exchange；String exchange(V x,long timeout,TimeUnit unit)：用于交换，启动交换并等待另一个线程调用exchange，并且设置最大等待时间，当等待时间超过timeout便停止等待。

/**
 * 
 */
package concurrenttest.semaphoredemo.pojo;

import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 线程 Exchanger A
 * @author bc
 * @data 2018年9月12日
 */
public class Thread_ExchangerA extends Thread{

    private Exchanger<String> exchanger;
    
    public Thread_ExchangerA(Exchanger<String> exchanger) {
        super();
        this.exchanger = exchanger;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            //exchange()具有阻塞的特点，如果没有其他线程，则一直阻塞等待
            System.out.println("线程A中得到线程B的值="+exchanger.exchange("中国人A"));
            //设置超时参数
//            System.out.println("线程A中得到线程B的值="+exchanger.exchange("中国人A",5,TimeUnit.SECONDS));
        } catch (Exception e) {
            e.getStackTrace();
        }
    }
    
}

package concurrenttest.semaphoredemo.pojo;

import java.util.concurrent.Exchanger;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 线程 Exchanger B
 * @author bc
 * @data 2018年9月12日
 */
public class Thread_ExchangerB extends Thread{

    private Exchanger<String> exchanger;
    
    public Thread_ExchangerB(Exchanger<String> exchanger) {
        super();
        this.exchanger = exchanger;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            //exchange()具有阻塞的特点，如果没有其他线程，则一直阻塞等待
            System.out.println("线程B中得到线程A的值="+exchanger.exchange("中国人B"));
            //设置超时参数
//            System.out.println("线程B中得到线程A的值="+exchanger.exchange("中国人B",5,TimeUnit.SECONDS));
        } catch (Exception e) {
            e.getStackTrace();
        }
    }
    
}

package concurrenttest.semaphoredemo.runtest;

import java.util.concurrent.Exchanger;

import concurrenttest.semaphoredemo.pojo.Thread_ExchangerA;
import concurrenttest.semaphoredemo.pojo.Thread_ExchangerB;
import concurrenttest.semaphoredemo.pojo.Thread_ExchangerC;


/**
 * 线程 Exchanger test
 * exchange()具有阻塞的特点，如果没有其他线程，则一直阻塞等待
 * 
 * Exchanger的典型应用场景是：一个任务在创建对象，而这些对象的生产代价很高，另一个任务在消费这些对象。
 * 通过这种方式，可以有更多的对象在被创建的同时被消费。
 * 
 * @author bc
 * @data 2018年9月12日
 */
public class RunTest_Exchanger {

    public static void main(String[] args) {
        Exchanger<String> exchanger = new Exchanger<String>();
        
        Thread_ExchangerA threadA = new Thread_ExchangerA(exchanger);
        threadA.start();
        Thread_ExchangerB threadB = new Thread_ExchangerB(exchanger);
        threadB.start();
//        Thread_ExchangerC threadC = new Thread_ExchangerC(exchanger);
//        threadC.start();
        
        System.out.println("main end");
    }

}

运行结果：

Exchanger的典型应用场景是：　　

　　一个任务在创建对象，而这些对象的生产代价很高，另一个任务在消费这些对象。 通过这种方式，可以有更多的对象在被创建的同时被消费。

详见本人github：https://github.com/BrokenColor/java-demo 下的 semaphoredemo-包中的测试