Java之Semaphore

簡介

Semaphore（信號量）是用來控制同時訪問特定資源的線程數量，它通過協調各個線程，以保證合理的使用公共資源。很多年以來，我都覺得從字面上很難理解Semaphore所表達的含義，只能把它比作是控制流量的紅綠燈，比如XX馬路要限制流量，只允許同時有一百輛車在這條路上行使，其他的都必須在路口等待，所以前一百輛車會看到綠燈，可以開進這條馬路，後面的車會看到紅燈，不能駛入XX馬路，但是如果前一百輛中有五輛車已經離開了XX馬路，那麼後面就允許有5輛車駛入馬路，這個例子裏說的車就是線程，駛入馬路就表示線程在執行，離開馬路就表示線程執行完成，看見紅燈就表示線程被阻塞，不能執行。

  概述 

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

 相關方法：

acquire

public void acquire()
             throws InterruptedException

從此信號量獲取一個許可，在提供一個許可前一直將線程阻塞，否則線程被中斷。獲取一個許可（如果提供了一個）並立即返回，將可用的許可數減 1。

如果沒有可用的許可，則在發生以下兩種情況之一前，禁止將當前線程用於線程安排目的並使其處於休眠狀態：

• 某些其他線程調用此信號量的 release() 方法，並且當前線程是下一個要被分配許可的線程；或者
• 其他某些線程中斷當前線程。

如果當前線程：

• 被此方法將其已中斷狀態設置爲 on ；或者
• 在等待許可時被中斷。

則拋出 InterruptedException，並且清除當前線程的已中斷狀態。 

拋出：

InterruptedException - 如果當前線程被中斷

release

public void release()

釋放一個許可，將其返回給信號量。釋放一個許可，將可用的許可數增加 1。如果任意線程試圖獲取許可，則選中一個線程並將剛剛釋放的許可給予它。然後針對線程安排目的啓用（或再啓用）該線程。

不要求釋放許可的線程必須通過調用 acquire() 來獲取許可。通過應用程序中的編程約定來建立信號量的正確用法。

 相關例子：

下面的例子只允許5個線程同時進入執行acquire()和release()之間的代碼：

當其中一個線程執行完成後(semp.release())後,會歸還許可,然後其他阻塞的線程就會拿到許可,然後繼續執行

public class SemaphoreTest {

     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 < 20; 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() * 10000));  
                        // 訪問完後，釋放 ，如果屏蔽下面的語句，則在控制檯只能打印5條記錄，之後線程一直阻塞
                        semp.release();  
                    } catch (InterruptedException e) {  
                    }  
                }  
            };  
            exec.execute(run);  
        }  
        // 退出線程池 
        exec.shutdown();  
    }  
}

其他補充:

Semaphore semAccess = new Semaphore(1, true);

將信號量初始化爲 1，使得它在使用時最多隻有一個可用的許可，從而可用作一個相互排斥的鎖。這通常也稱爲二進制信號量，因爲它只能有兩種狀態：一個可用的許可，或零個可用的許可。按此方式使用時，二進制信號量具有某種屬性（與很多Lock 實現不同），即可以由線程釋放“鎖”，而不是由所有者（因爲信號量沒有所有權的概念）。在某些專門的上下文（如死鎖恢復）中這會很有用。

此類的構造方法可選地接受一個公平 參數。當設置爲 false 時，此類不對線程獲取許可的順序做任何保證。特別地，闖入 是允許的，也就是說可以在已經等待的線程前爲調用acquire() 的線程分配一個許可，從邏輯上說，就是新線程將自己置於等待線程隊列的頭部。當公平設置爲 true 時，信號量保證對於任何調用獲取方法的線程而言，都按照處理它們調用這些方法的順序（即先進先出；FIFO）來選擇線程、獲得許可。注意，FIFO 排序必然應用到這些方法內的指定內部執行點。所以，可能某個線程先於另一個線程調用了acquire，但是卻在該線程之後到達排序點，並且從方法返回時也類似。還要注意，非同步的tryAcquire 方法不使用公平設置，而是使用任意可用的許可。