Java信号量Semaphore介绍

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简介
信号量(Semaphore),有时被称为信号灯,是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。

概念
Semaphore分为单值和多值两种,前者只能被一个线程获得,后者可以被若干个线程获得。

以一个停车场运作为例。为了简单起见,假设停车场只有三个车位,一开始三个车位都是空的。这时如果同时来了五辆车,看门人允许其中三辆不受阻碍的进入,然后放下车拦,剩下的车则必须在入口等待,此后来的车也都不得不在入口处等待。这时,有一辆车离开停车场,看门人得知后,打开车拦,放入一辆,如果又离开两辆,则又可以放入两辆,如此往复。

在这个停车场系统中,车位是公共资源,每辆车好比一个线程,看门人起的就是信号量的作用。

更进一步,信号量的特性如下:信号量是一个非负整数(车位数),所有通过它的线程(车辆)都会将该整数减一(通过它当然是为了使用资源),当该整数值为零时,所有试图通过它的线程都将处于等待状态。在信号量上我们定义两种操作: Wait(等待) 和 Release(释放)。 当一个线程调用Wait(等待)操作时,它要么通过然后将信号量减一,要么一直等下去,直到信号量大于一或超时。Release(释放)实际上是在信号量上执行加操作,对应于车辆离开停车场,该操作之所以叫做“释放”是因为加操作实际上是释放了由信号量守护的资源。

在java中,还可以设置该信号量是否采用公平模式,如果以公平方式执行,则线程将会按到达的顺序(FIFO)执行,如果是非公平,则可以后请求的有可能排在队列的头部。
JDK中定义如下:
Semaphore(int permits, boolean fair)
创建具有给定的许可数和给定的公平设置的Semaphore。

Semaphore当前在多线程环境下被扩放使用,操作系统的信号量是个很重要的概念,在进程控制方面都有应用。Java 并发库 的Semaphore 可以很轻松完成信号量控制,Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的个数,通过 acquire() 获取一个许可,如果没有就等待,而 release() 释放一个许可。比如在Windows下可以设置共享文件的最大客户端访问个数。

Semaphore实现的功能就类似厕所有5个坑,假如有10个人要上厕所,那么同时只能有多少个人去上厕所呢?同时只能有5个人能够占用,当5个人中 的任何一个人让开后,其中等待的另外5个人中又有一个人可以占用了。另外等待的5个人中可以是随机获得优先机会,也可以是按照先来后到的顺序获得机会,这取决于构造Semaphore对象时传入的参数选项。单个信号量的Semaphore对象可以实现互斥锁的功能,并且可以是由一个线程获得了“锁”,再由另一个线程释放“锁”,这可应用于死锁恢复的一些场合。

Semaphore维护了当前访问的个数,提供同步机制,控制同时访问的个数。在数据结构中链表可以保存“无限”的节点,用Semaphore可以实现有限大小的链表。另外重入锁 ReentrantLock 也可以实现该功能,但实现上要复杂些。

下面的Demo中申明了一个只有5个许可的Semaphore,而有20个线程要访问这个资源,通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

执行结果如下:

Accessing: 0

Accessing: 1

Accessing: 3

Accessing: 4

Accessing: 2

—————–0

Accessing: 6

—————–1

Accessing: 7

—————–1

Accessing: 8

—————–1

Accessing: 10

—————–1

Accessing: 9

—————–1

Accessing: 5

—————–1

Accessing: 12

—————–1

Accessing: 11

—————–1

Accessing: 13

—————–1

Accessing: 14

—————–1

Accessing: 15

—————–1

Accessing: 16

—————–1

Accessing: 17

—————–1

Accessing: 18

—————–1

Accessing: 19


原文链接:http://www.cnblogs.com/whgw/archive/2011/09/29/2195555.html


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