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正文

信号量为多线程协作提供了更为强大的控制方法。

从广义上说，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，而信号量却可以指定多个线程，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)  //第二个参数可以指定是否公平在构造信号量对象时，必须要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，这就相当于指定了同时有多少个线程可以访问某一个资源。

信号量的主要逻辑方法有:

public void acquire()throws InterruptedExceptionpublic void acquireUninterruptibly()public boolean tryAcquire()public boolean tryAcquire(long timeout,TimeUnit unit)throws InterruptedExceptionpublic void release()

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者当前线程被中断。

acquireUninterruptibly() 方法和 acquire() 方法类似，但是不响应中断。

tryAcquire() 方法尝试获得一个许可，如果成功则返回 true ，失败则返回 false ，它不会进行等待，立即返回。

release() 方法用于在线程访问资源结東后释放一个许可，以使其他等待许可的线程可以进行资源访问。

源码（JDK8）

/*** 一个计数信号量。 ** 在概念上，信号量维持一组许可证。 ** 如果有必要，每个acquire()都会阻塞，直到许可证可用，然后才能使用它。 ** 每个release()添加许可证，潜在地释放阻塞获取方。 ** 但是，没有使用实际的许可证对象; Semaphore只保留可用数量的计数，并相应地执行。** 信号量通常用于限制线程数，而不是访问某些（物理或逻辑）资源。** 在获得项目之前，每个线程必须从信号量获取许可证，以确保某个项目可用。 ** 当线程完成该项目后，它将返回到池中，并将许可证返回到信号量，允许另一个线程获取该项目。** 请注意，当调用acquire()时，不会保持同步锁定，因为这将阻止某个项目返回到池中。 ** 信号量封装了限制对池的访问所需的同步，与保持池本身一致性所需的任何同步分开。** 信号量被初始化为一个，并且被使用，使得它只有至多一个允许可用，可以用作互斥锁。 ** 这通常被称为二进制信号量 ，因为它只有两个状态：一个许可证可用，或零个许可证可用。 ** 当以这种方式使用时，二进制信号量具有属性（与许多Lock实现不同），“锁”可以由除所有者之外的线程释放（因为信号量没有所有权概念）。 ** 这在某些专门的上下文中是有用的，例如死锁恢复。** 此类的构造函数可选择接受公平参数。 ** 当设置为false时，此类不会保证线程获取许可的顺序。 ** 特别是， 闯入是允许的，也就是说，一个线程调用acquire()可以提前已经等待线程分配的许可证-在等待线程队列的头部逻辑新的线程将自己。 ** 当公平设置为真时，信号量保证调用acquire方法的线程被选择以按照它们调用这些方法的顺序获得许可（先进先出; FIFO）。 ** 请注意，FIFO排序必须适用于这些方法中的特定内部执行点。 ** 因此，一个线程可以在另一个线程之前调用acquire ，但是在另一个线程之后到达排序点，并且类似地从方法返回。 ** 另请注意， 未定义的tryAcquire方法不符合公平性设置，但将采取任何可用的许可证。** 通常，用于控制资源访问的信号量应该被公平地初始化，以确保线程没有被访问资源。 ** 当使用信号量进行其他类型的同步控制时，非正常排序的吞吐量优势往往超过公平性。** 这个类还提供了方便的方法， 一次acquire和release多个许可证。 ** 当没有公平地使用这些方法时，请注意增加无限期延期的风险。** 内存一致性效应：在一个线程中调用“释放”方法的操作，例如release() happen-before 在另一个线程中成功执行“获取”方法 如 acquire() 。*/
public class Semaphore implements java.io.Serializable

官方示例

package com.shockang.study.java.concurrent.aqs;import java.util.concurrent.Semaphore;/*** 这是一个使用信号量来控制对一个项目池的访问的类*/
public 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();}protected Object[] items = {};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;} elsereturn false;}}return false;}
}

实践

简单入门示例

package com.shockang.study.java.concurrent.aqs;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;public class SemaphoreDemo implements Runnable {final Semaphore semp = new Semaphore(5);@Overridepublic void run() {try {semp.acquire();Thread.sleep(2000);System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ":done!");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {semp.release();}}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);}}
}

说明

第8行代码声明了一个包含5个许可的信号量。

这就意味着同时可以有5个线程进入代码段第13~15行。

第13~15行为临界区管理代码，程序会限制执行这段代码的线程数。

申请信号量使用 acquire方法操作，在离开时，务必使用 release方法释放信号量(代码第 19 行)。

这就和释放锁是一个道理。

如果不幸发生了信号量的泄露(申请了但没有释放)，那么可以进入临界区的线程数量就会越来越少，直到所有的线程均不可访问。

在本例中，同时开启20个线程。观察这段程序的输出，你就会发现系统以5个线程一组为单位，依次输出带有线程 ID 的提示文本。

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