JAVA多線程--信號量(Semaphore)

簡介

        信號量(Semaphore)，有時被稱爲信號燈，是在多線程環境下使用的一種設施, 它負責協調各個線程, 以保證它們可以正確、合理的使用公共資源。

        一個計數信號量。從概念上講，信號量維護了一個許可集。若有必要，在許可可用前會阻塞每個 acquire()，而後再獲取該許可。每一個 release() 添加一個許可，從而可能釋放一個正在阻塞的獲取者。可是，不使用實際的許可對象，Semaphore 只對可用許可的號碼進行計數，並採起相應的行動。拿到信號量的線程能夠進入代碼，不然就等待。經過acquire()和release()獲取和釋放訪問許可。

概念

        Semaphore分爲單值和多值兩種，前者只能被一個線程得到，後者能夠被若干個線程得到。

     以一個停車場運做爲例。爲了簡單起見，假設停車場只有三個車位，一開始三個車位都是空的。這時若是同時來了五輛車，看門人容許其中三輛不受阻礙的進入，而後放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此後來的車也都不得不在入口處等待。這時，有一輛車離開停車場，看門人得知後，打開車攔，放入一輛，若是又離開兩輛，則又能夠放入兩輛，如此往復。

    在這個停車場系統中，車位是公共資源，每輛車比如一個線程，看門人起的就是信號量的做用。

    更進一步，信號量的特性以下：信號量是一個非負整數（車位數），全部經過它的線程（車輛）都會將該整數減一（經過它固然是爲了使用資源），當該整數值爲零時，全部試圖經過它的線程都將處於等待狀態。在信號量上咱們定義兩種操做： Wait（等待） 和 Release（釋放）。 當一個線程調用Wait（等待）操做時，它要麼經過而後將信號量減一，要麼一直等下去，直到信號量大於一或超時。Release（釋放）其實是在信號量上執行加操做，對應於車輛離開停車場，該操做之因此叫作「釋放」是由於加操做其實是釋放了由信號量守護的資源。

    在java中，還能夠設置該信號量是否採用公平模式，若是以公平方式執行，則線程將會按到達的順序（FIFO）執行，若是是非公平，則能夠後請求的有可能排在隊列的頭部。
JDK中定義以下：
        Semaphore(int permits, boolean fair)
　　   建立具備給定的許可數和給定的公平設置的Semaphore。

    Semaphore當前在多線程環境下被擴放使用，操做系統的信號量是個很重要的概念，在進程控制方面都有應用。Java併發庫Semaphore 能夠很輕鬆完成信號量控制，Semaphore能夠控制某個資源可被同時訪問的個數，經過 acquire() 獲取一個許可，若是沒有就等待，而 release() 釋放一個許可。好比在Windows下能夠設置共享文件的最大客戶端訪問個數。

    Semaphore實現的功能就相似廁全部5個坑，假若有10我的要上廁所，那麼同時只能有多少我的去上廁所呢？同時只能有5我的可以佔用，當5我的中 的任何一我的讓開後，其中等待的另外5我的中又有一我的能夠佔用了。另外等待的5我的中能夠是隨機得到優先機會，也能夠是按照先來後到的順序得到機會，這取決於構造Semaphore對象時傳入的參數選項。單個信號量的Semaphore對象能夠實現互斥鎖的功能，而且能夠是由一個線程得到了「鎖」，再由另外一個線程釋放「鎖」，這可應用於死鎖恢復的一些場合。

代碼示例

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;


/**
 * DateTime: 2015年1月1日 下午6:41:01
 *
 */
public class SemaPhore {
    public static void main(String[] args) {
        // 線程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        // 只能5個線程同時訪問
        final Semaphore semp = new Semaphore(5);
        // 模擬20個客戶端訪問
        for (int index = 0; index < 50; index++) {
            final int NO = index;
            Runnable run = new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        // 獲取許可
                        semp.acquire();
                        System.out.println("Accessing: " + NO);
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 6000));
                        // 訪問完後，釋放
                        semp.release();
                        //availablePermits()指的是當前信號燈庫中有多少個能夠被使用
                        System.out.println("-----------------" + semp.availablePermits()); 
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            exec.execute(run);
        }
        // 退出線程池
        exec.shutdown();
    }
}