Java面試篇基礎部分-Semaphore及其用法詳解

Semaphore 是一種基於計數的信號量，在定義信號量對象的時候可以設置一個閾值，然後基於這個閾值，多線程可以競爭訪問信號量，線程競爭到許可的信號之後，開始執行具體的業務邏輯，業務邏輯在執行完成之後釋放這個許可信號。

如果許可信號競爭隊列超過閾值，新加入的申請信號許可的線程就會被阻塞，知道有其他許可信號被釋放。使用Semaphore可以控制同時訪問資源的線程個數，例如，實現一個文件允許的並發訪問數。

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

public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        //創建Semaphore信號量，初始化許可大小為3
        final  Semaphore sp = new Semaphore(3);
        for(int i=0;i<10;i++){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e2) {
                e2.printStackTrace();
            }
          
            Runnable runnable = new Runnable(){
                    public void run(){
                    try {
                        //請求獲得許可，如果有可獲得的許可則繼續往下執行，
                       //許可數減1。否則進入阻塞狀態
                        sp.acquire();
                    } catch (InterruptedException e1) {
                        e1.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + 
                            "進入，當前已有" + (3-sp.availablePermits()) + "個並發");
                    try {
                        Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + 
                            "即將離開");                    
                    sp.release();//釋放許可，許可數加1
                    //下面代碼有時候執行不準確，因為其沒有和上面的代碼合成原子單元
                    System.out.println("線程" + Thread.currentThread().getName() + 
                            "已離開，當前已有" + (3-sp.availablePermits()) + "個並發");                    
                }
            };
            service.execute(runnable);            
        }
    }

}

Semaphore 對於鎖的申請與釋放和Reentrantlock是類似的，通過acquire()方法和release()方法來獲取和釋放許可信號資源。

Semaphore.acquire()方法與ReentrantLock.lockInterruptibly()方法的效果是一樣的，為可響應中斷的鎖。也就是說在等待獲取許可信號的過程中可以被Thread.interrupt()方法中斷而取消對許可信號的申請操作。

除此之外，Semaphore也實現了可輪詢的鎖請求、定時鎖的等功能，以及公平與非公平鎖的定義在構造函數中設定

Semaphore鎖的釋放操作也需要手動進行釋放，為此為了避免線程因為異常沒有正常釋放鎖，釋放鎖的操作必須在finally代碼塊中完成。

Semaphore也可以用於實現一些對象池、資源池的構建，例如靜態全局對象池、資料庫連接池等等。

單個信號量的Semaphore對象可以實現互斥鎖的功能，並且可以是由一個線程獲得了「鎖」，再由另一個線程釋放「鎖」，這可應用於死鎖恢復的一些場合。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        final Business business = new Business();
        ExecutorService executor =  Executors.newFixedThreadPool(3);
        for(int i=0;i<3;i++)
        {
            executor.execute(
                    new Runnable()
                    {
                        public void run()
                        {
                            business.service();
                        }
                    }
            
            );
        }
        executor.shutdown();
    }
    
    private static class Business
    {
        private int count;
        Lock lock = new ReentrantLock();
        Semaphore sp = new Semaphore(1);
        public void service() 
        {
            //lock.lock();
            try {
                            //當前線程使用count變量的時候將其鎖住，不允許其他線程訪問
                sp.acquire(); 
            } catch (InterruptedException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
            try {
                count++;
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(count);
            } catch (RuntimeException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            finally
            {
                //lock.unlock();
                sp.release();  //釋放鎖
            }
        }
    }        
    
}