java高併發系列 - 第15天:JUC中的Semaphore,最簡單的限流工具類,必備技能

這是java高併發系列第15篇文章 java

Semaphore(信號量)爲多線程協做提供了更爲強大的控制方法,前面的文章中咱們學了synchronized和重入鎖ReentrantLock,這2種鎖一次都只能容許一個線程訪問一個資源,而信號量能夠控制有多少個線程能夠同時訪問特定的資源。安全

Semaphore經常使用場景:限流微信

舉個例子:多線程

好比有個停車場,有5個空位,門口有個門衛,手中5把鑰匙分別對應5個車位上面的鎖,來一輛車,門衛會給司機一把鑰匙,而後進去找到對應的車位停下來,出去的時候司機將鑰匙歸還給門衛。停車場生意比較好,同時來了100兩車,門衛手中只有5把鑰匙,同時只能放5輛車進入,其餘車只能等待,等有人將鑰匙歸還給門衛以後,才能讓其餘車輛進入。併發

上面的例子中門衛就至關於Semaphore,車鑰匙就至關於許可證,車就至關於線程。異步

Semaphore主要方法

  • Semaphore(int permits):構造方法,參數表示許可證數量,用來建立信號量分佈式

  • Semaphore(int permits,boolean fair):構造方法,當fair等於true時,建立具備給定許可數的計數信號量並設置爲公平信號量
  • void acquire() throws InterruptedException:今後信號量獲取1個許可前線程將一直阻塞,至關於一輛車佔了一個車位,此方法會響應線程中斷,表示調用線程的interrupt方法,會使該方法拋出InterruptedException異常
  • void acquire(int permits) throws InterruptedException :和acquire()方法相似,參數表示須要獲取許可的數量;好比一個大卡車要入停車場,因爲車比較大,須要申請3個車位才能夠停放
  • void acquireUninterruptibly(int permits) :和acquire(int permits) 方法相似,只是不會響應線程中斷
  • boolean tryAcquire():嘗試獲取1個許可,不論是否可以獲取成功,都當即返回,true表示獲取成功,false表示獲取失敗
  • boolean tryAcquire(int permits):和tryAcquire(),表示嘗試獲取permits個許可
  • boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException:嘗試在指定的時間內獲取1個許可,獲取成功返回true,指定的時間事後仍是沒法獲取許可,返回false
  • boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException:和tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)相似,多了一個permits參數,表示嘗試獲取permits個許可
  • void release():釋放一個許可,將其返回給信號量,至關於車從停車場出去時將鑰匙歸還給門衛
  • void release(int n):釋放n個許可
  • int availablePermits():當前可用的許可數ide

示例1:Semaphore簡單的使用

package com.itsoku.chat12;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 微信公衆號:路人甲Java,專一於java技術分享(帶你玩轉 爬蟲、分佈式事務、異步消息服務、任務調度、分庫分表、大數據等),喜歡請關注!
 */
public class Demo1 {
    static Semaphore semaphore = new Semaphore(2);

    public static class T extends Thread {
        public T(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            Thread thread = Thread.currentThread();
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",獲取許可!");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                semaphore.release();
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",釋放許可!");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new T("t-" + i).start();
        }
    }
}

輸出:高併發

1563715791327,t-0,獲取許可!
1563715791327,t-1,獲取許可!
1563715794328,t-0,釋放許可!
1563715794328,t-5,獲取許可!
1563715794328,t-1,釋放許可!
1563715794328,t-2,獲取許可!
1563715797328,t-2,釋放許可!
1563715797328,t-6,獲取許可!
1563715797328,t-5,釋放許可!
1563715797328,t-3,獲取許可!
1563715800329,t-6,釋放許可!
1563715800329,t-9,獲取許可!
1563715800329,t-3,釋放許可!
1563715800329,t-7,獲取許可!
1563715803330,t-7,釋放許可!
1563715803330,t-8,獲取許可!
1563715803330,t-9,釋放許可!
1563715803330,t-4,獲取許可!
1563715806330,t-8,釋放許可!
1563715806330,t-4,釋放許可!

代碼中new Semaphore(2)建立了許可數量爲2的信號量,每一個線程獲取1個許可,同時容許兩個線程獲取許可,從輸出中也能夠看出,同時有兩個線程能夠獲取許可,其餘線程須要等待已獲取許可的線程釋放許可以後才能運行。爲獲取到許可的線程會阻塞在acquire()方法上,直到獲取到許可才能繼續。工具

示例2:獲取許可以後不釋放

門衛(Semaphore)有點呆,司機進去的時候給了鑰匙,出來的時候不歸還,門衛也不會說什麼。最終結果就是其餘車輛都沒法進入了。

以下代碼:

package com.itsoku.chat12;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 微信公衆號:路人甲Java,專一於java技術分享(帶你玩轉 爬蟲、分佈式事務、異步消息服務、任務調度、分庫分表、大數據等),喜歡請關注!
 */
public class Demo2 {
    static Semaphore semaphore = new Semaphore(2);

    public static class T extends Thread {
        public T(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            Thread thread = Thread.currentThread();
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",獲取許可!");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",運行結束!");
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",當前可用許可數量:" + semaphore.availablePermits());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new T("t-" + i).start();
        }
    }
}

輸出:

1563716603924,t-0,獲取許可!
1563716603924,t-1,獲取許可!
1563716606925,t-0,運行結束!
1563716606925,t-0,當前可用許可數量:0
1563716606925,t-1,運行結束!
1563716606925,t-1,當前可用許可數量:0

上面程序運行後一直沒法結束,觀察一下代碼,代碼中獲取許可後,沒有釋放許可的代碼,最終致使,可用許可數量爲0,其餘線程沒法獲取許可,會在semaphore.acquire();處等待,致使程序沒法結束。

示例3:釋放許可正確的姿式

示例1中,在finally裏面釋放鎖,會有問題麼?

若是獲取鎖的過程當中發生異常,致使獲取鎖失敗,最後finally裏面也釋放了許可,最終會怎麼樣,致使許可數量憑空增加了。

示例代碼:

package com.itsoku.chat12;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 微信公衆號:路人甲Java,專一於java技術分享(帶你玩轉 爬蟲、分佈式事務、異步消息服務、任務調度、分庫分表、大數據等),喜歡請關注!
 */
public class Demo3 {
    static Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

    public static class T extends Thread {
        public T(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            Thread thread = Thread.currentThread();
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",獲取許可,當前可用許可數量:" + semaphore.availablePermits());
                //休眠100秒
                TimeUnit.SECONDS.sleep(100);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",運行結束!");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                semaphore.release();
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",當前可用許可數量:" + semaphore.availablePermits());
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t1 = new T("t1");
        t1.start();
        //休眠1秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        T t2 = new T("t2");
        t2.start();
        //休眠1秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        T t3 = new T("t3");
        t3.start();

        //給t2和t3發送中斷信號
        t2.interrupt();
        t3.interrupt();
    }
}

輸出:

1563717279058,t1,獲取許可,當前可用許可數量:0
java.lang.InterruptedException
1563717281060,t2,當前可用許可數量:1
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:998)
1563717281060,t3,當前可用許可數量:2
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1304)
    at java.util.concurrent.Semaphore.acquire(Semaphore.java:312)
    at com.itsoku.chat12.Demo3$T.run(Demo3.java:21)
java.lang.InterruptedException
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1302)
    at java.util.concurrent.Semaphore.acquire(Semaphore.java:312)
    at com.itsoku.chat12.Demo3$T.run(Demo3.java:21)

程序中信號量許可數量爲1,建立了3個線程獲取許可,線程t1獲取成功了,而後休眠100秒。其餘兩個線程阻塞在semaphore.acquire();方法處,代碼中對線程t二、t3發送中斷信號,咱們看一下Semaphore中acquire的源碼:

public void acquire() throws InterruptedException

這個方法會響應線程中斷,主線程中對t二、t3發送中斷信號以後,acquire()方法會觸發InterruptedException異常,t二、t3最終沒有獲取到許可,可是他們都執行了finally中的釋放許可的操做,最後致使許可數量變爲了2,致使許可數量增長了。因此程序中釋放許可的方式有問題。須要改進一下,獲取許可成功纔去釋放鎖。

正確的釋放鎖的方式,以下:

package com.itsoku.chat12;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 微信公衆號:路人甲Java,專一於java技術分享(帶你玩轉 爬蟲、分佈式事務、異步消息服務、任務調度、分庫分表、大數據等),喜歡請關注!
 */
public class Demo4 {
    static Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

    public static class T extends Thread {
        public T(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            Thread thread = Thread.currentThread();
            //獲取許但是否成功
            boolean acquireSuccess = false;
            try {
                semaphore.acquire();
                acquireSuccess = true;
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",獲取許可,當前可用許可數量:" + semaphore.availablePermits());
                //休眠100秒
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",運行結束!");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (acquireSuccess) {
                    semaphore.release();
                }
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",當前可用許可數量:" + semaphore.availablePermits());
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t1 = new T("t1");
        t1.start();
        //休眠1秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        T t2 = new T("t2");
        t2.start();
        //休眠1秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        T t3 = new T("t3");
        t3.start();

        //給t2和t3發送中斷信號
        t2.interrupt();
        t3.interrupt();
    }
}

輸出:

1563717751655,t1,獲取許可,當前可用許可數量:0
1563717753657,t3,當前可用許可數量:0
java.lang.InterruptedException
1563717753657,t2,當前可用許可數量:0
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1302)
    at java.util.concurrent.Semaphore.acquire(Semaphore.java:312)
    at com.itsoku.chat12.Demo4$T.run(Demo4.java:23)
java.lang.InterruptedException
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:998)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1304)
    at java.util.concurrent.Semaphore.acquire(Semaphore.java:312)
    at com.itsoku.chat12.Demo4$T.run(Demo4.java:23)
1563717756656,t1,運行結束!
1563717756656,t1,當前可用許可數量:1

程序中增長了一個變量acquireSuccess用來標記獲取許但是否成功,在finally中根據這個變量是否爲true,來肯定是否釋放許可。

示例4:在規定的時間內但願獲取許可

司機來到停車場,發現停車場已經滿了,只能在外等待內部的車出來以後才能進去,可是要等多久,他本身也不知道,他但願等10分鐘,若是仍是沒法進去,就不到這裏停車了。

Semaphore內部2個方法能夠提供超時獲取許可的功能:

public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException

在指定的時間內去嘗試獲取許可,若是可以獲取到,返回true,獲取不到返回false。

示例代碼:

package com.itsoku.chat12;

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 微信公衆號:路人甲Java,專一於java技術分享(帶你玩轉 爬蟲、分佈式事務、異步消息服務、任務調度、分庫分表、大數據等),喜歡請關注!
 */
public class Demo5 {
    static Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

    public static class T extends Thread {
        public T(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            Thread thread = Thread.currentThread();
            //獲取許但是否成功
            boolean acquireSuccess = false;
            try {
                //嘗試在1秒內獲取許可,獲取成功返回true,不然返回false
                System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",嘗試獲取許可,當前可用許可數量:" + semaphore.availablePermits());
                acquireSuccess = semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS);
                //獲取成功執行業務代碼
                if (acquireSuccess) {
                    System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",獲取許可成功,當前可用許可數量:" + semaphore.availablePermits());
                    //休眠5秒
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
                } else {
                    System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + thread.getName() + ",獲取許可失敗,當前可用許可數量:" + semaphore.availablePermits());
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (acquireSuccess) {
                    semaphore.release();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t1 = new T("t1");
        t1.start();
        //休眠1秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        T t2 = new T("t2");
        t2.start();
        //休眠1秒
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        T t3 = new T("t3");
        t3.start();
    }
}

輸出:

1563718410202,t1,嘗試獲取許可,當前可用許可數量:1
1563718410202,t1,獲取許可成功,當前可用許可數量:0
1563718411203,t2,嘗試獲取許可,當前可用許可數量:0
1563718412203,t3,嘗試獲取許可,當前可用許可數量:0
1563718412204,t2,獲取許可失敗,當前可用許可數量:0
1563718413204,t3,獲取許可失敗,當前可用許可數量:0

代碼中許可數量爲1,semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS);:表示嘗試在1秒內獲取許可,獲取成功當即返回true,超過1秒仍是獲取不到,返回false。線程t1獲取許可成功,以後休眠了5秒,從輸出中能夠看出t2和t3都嘗試了1秒,獲取失敗。

其餘一些使用說明

  1. Semaphore默認建立的是非公平的信號量,什麼意思呢?這個涉及到公平與非公平。舉個例子:5個車位,容許5個車輛進去,來了100輛車,只能進去5輛,其餘95在外面排隊等着。裏面恰好出來了1輛,此時恰好又來了10輛車,這10輛車是直接插隊到其餘95輛前面去,仍是到95輛後面去排隊呢?排隊就表示公平,直接去插隊爭搶第一個,就表示不公平。對於停車場,排隊確定更好一些咯。不過對於信號量來講不公平的效率更高一些,因此默認是不公平的。
  2. 建議閱讀如下Semaphore的源碼,對經常使用的方法有個瞭解,不須要都記住,用的時候也方便查詢就好。
  3. 方法中帶有throws InterruptedException聲明的,表示這個方法會響應線程中斷信號,什麼意思?表示調用線程的interrupt()方法,會讓這些方法觸發InterruptedException異常,即便這些方法處於阻塞狀態,也會當即返回,並拋出InterruptedException異常,線程中斷信號也會被清除。

java高併發系列

java高併發系列連載中,總計估計會有四五十篇文章,能夠關注公衆號:javacode2018,送月薪3萬課程,獲取最新文章。

相關文章
相關標籤/搜索