簡(jiǎn)介

信號(hào)量(Semaphore)，有時(shí)被稱(chēng)為信號(hào)燈，是在多線(xiàn)程環(huán)境下使用的一種設(shè)施, 它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)線(xiàn)程, 以保證它們能夠正確、合理的使用公共資源。

一個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)量。從概念上講，信號(hào)量維護(hù)了一個(gè)許可集。如有必要，在許可可用前會(huì)阻塞每一個(gè) acquire()，然后再獲取該許可。每個(gè) release() 添加一個(gè)許可，從而可能釋放一個(gè)正在阻塞的獲取者。但是，不使用實(shí)際的許可對(duì)象，Semaphore 只對(duì)可用許可的號(hào)碼進(jìn)行計(jì)數(shù)，并采取相應(yīng)的行動(dòng)。拿到信號(hào)量的線(xiàn)程可以進(jìn)入代碼，否則就等待。通過(guò)acquire()和release()獲取和釋放訪(fǎng)問(wèn)許可。

概念

Semaphore分為單值和多值兩種，前者只能被一個(gè)線(xiàn)程獲得，后者可以被若干個(gè)線(xiàn)程獲得。

以一個(gè)停車(chē)場(chǎng)運(yùn)作為例。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)停車(chē)場(chǎng)只有三個(gè)車(chē)位，一開(kāi)始三個(gè)車(chē)位都是空的。這時(shí)如果同時(shí)來(lái)了五輛車(chē)，看門(mén)人允許其中三輛不受阻礙的進(jìn)入，然后放下車(chē)攔，剩下的車(chē)則必須在入口等待，此后來(lái)的車(chē)也都不得不在入口處等待。這時(shí)，有一輛車(chē)離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)，看門(mén)人得知后，打開(kāi)車(chē)攔，放入一輛，如果又離開(kāi)兩輛，則又可以放入兩輛，如此往復(fù)。

在這個(gè)停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)中，車(chē)位是公共資源，每輛車(chē)好比一個(gè)線(xiàn)程，看門(mén)人起的就是信號(hào)量的作用。

更進(jìn)一步，信號(hào)量的特性如下：信號(hào)量是一個(gè)非負(fù)整數(shù)（車(chē)位數(shù)），所有通過(guò)它的線(xiàn)程（車(chē)輛）都會(huì)將該整數(shù)減一（通過(guò)它當(dāng)然是為了使用資源），當(dāng)該整數(shù)值為零時(shí)，所有試圖通過(guò)它的線(xiàn)程都將處于等待狀態(tài)。在信號(hào)量上我們定義兩種操作： Wait（等待） 和 Release（釋放）。 當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程調(diào)用Wait（等待）操作時(shí)，它要么通過(guò)然后將信號(hào)量減一，要么一直等下去，直到信號(hào)量大于一或超時(shí)。Release（釋放）實(shí)際上是在信號(hào)量上執(zhí)行加操作，對(duì)應(yīng)于車(chē)輛離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)，該操作之所以叫做“釋放”是因?yàn)榧硬僮鲗?shí)際上是釋放了由信號(hào)量守護(hù)的資源。

在java中，還可以設(shè)置該信號(hào)量是否采用公平模式，如果以公平方式執(zhí)行，則線(xiàn)程將會(huì)按到達(dá)的順序（FIFO）執(zhí)行，如果是非公平，則可以后請(qǐng)求的有可能排在隊(duì)列的頭部。

JDK中定義如下：

Semaphore(int permits, boolean fair)

創(chuàng)建具有給定的許可數(shù)和給定的公平設(shè)置的Semaphore。

Semaphore當(dāng)前在多線(xiàn)程環(huán)境下被擴(kuò)放使用，操作系統(tǒng)的信號(hào)量是個(gè)很重要的概念，在進(jìn)程控制方面都有應(yīng)用。Java并發(fā)庫(kù)Semaphore 可以很輕松完成信號(hào)量控制，Semaphore可以控制某個(gè)資源可被同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)的個(gè)數(shù)，通過(guò) acquire() 獲取一個(gè)許可，如果沒(méi)有就等待，而 release() 釋放一個(gè)許可。比如在Windows下可以設(shè)置共享文件的最大客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)個(gè)數(shù)。

Semaphore實(shí)現(xiàn)的功能就類(lèi)似廁所有5個(gè)坑，假如有10個(gè)人要上廁所，那么同時(shí)只能有多少個(gè)人去上廁所呢？同時(shí)只能有5個(gè)人能夠占用，當(dāng)5個(gè)人中 的任何一個(gè)人讓開(kāi)后，其中等待的另外5個(gè)人中又有一個(gè)人可以占用了。另外等待的5個(gè)人中可以是隨機(jī)獲得優(yōu)先機(jī)會(huì)，也可以是按照先來(lái)后到的順序獲得機(jī)會(huì)，這取決于構(gòu)造Semaphore對(duì)象時(shí)傳入的參數(shù)選項(xiàng)。單個(gè)信號(hào)量的Semaphore對(duì)象可以實(shí)現(xiàn)互斥鎖的功能，并且可以是由一個(gè)線(xiàn)程獲得了“鎖”，再由另一個(gè)線(xiàn)程釋放“鎖”，這可應(yīng)用于死鎖恢復(fù)的一些場(chǎng)合。

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(xiàn)程池

ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

// 只能5個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)

final Semaphore semp = new Semaphore(5);

// 模擬20個(gè)客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)

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(fǎng)問(wèn)完后，釋放

semp.release();

//availablePermits()指的是當(dāng)前信號(hào)燈庫(kù)中有多少個(gè)可以被使用

System.out.println("-----------------" + semp.availablePermits());

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

}

};

exec.execute(run);

}

// 退出線(xiàn)程池

exec.shutdown();

}

}

更多信息請(qǐng)查看IT技術(shù)專(zhuān)欄