Semaphore 的作用、应用场景和实战

2021-04-13 本文已影响0人 wuchao226

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概述

Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

过程如下图所示：

Semaphore 常用方法

构造方法：

public Semaphore(int permits)
public Semaphore(int permits, boolean fair)

permits 表示许可线程的数量
fair 表示公平性，如果这个设为 true 的话，下次执行的线程会是等待最久的线程

常用方法：

public void acquire() throws InterruptedException
public boolean tryAcquire()
public void release()
public int availablePermits()
public final int getQueueLength() 
public final boolean hasQueuedThreads()
protected void reducePermits(int reduction)
protected Collection<Thread> getQueuedThreads()

acquire() 表示阻塞并获取许可
tryAcquire() 方法在没有许可的情况下会立即返回 false，要获取许可的线程不会阻塞
release() 表示释放许可
int availablePermits()：返回此信号量中当前可用的许可证数。
int getQueueLength()：返回正在等待获取许可证的线程数。
boolean hasQueuedThreads()：是否有线程正在等待获取许可证。
void reducePermit（int reduction）：减少 reduction 个许可证
Collection getQueuedThreads()：返回所有等待获取许可证的线程集合

Semaphore 使用场景

可以用于做流量控制，特别是公用资源有限的应用场景，比如数据库连接。假如有一个需求，要读取几万个文件的数据，因为都是 IO 密集型任务，我们可以启动几十个线程并发地读取，但是如果读到内存后，还需要存储到数据库中，而数据库的连接数只有 10 个，这时我们必须控制只有 10 个线程同时获取数据库连接保存数据，否则会报错无法获取数据库连接。这个时候，就可以使用 Semaphore 来做流量控制。

代码示例：

/**
 * 类说明：演示Semaphore用法，一个数据库连接池的实现
 */
public class DBPoolSemaphore {

    private final static int POOL_SIZE = 10;
    //两个指示器，分别表示池子还有可用连接和已用连接
    private final Semaphore useful, useless;
    //存放数据库连接的容器
    private static LinkedList<Connection> pool = new LinkedList<Connection>();

    //初始化池
    static {
        for (int i = 0; i < POOL_SIZE; i++) {
            pool.addLast(SqlConnectImpl.fetchConnection());
        }
    }

    public DBPoolSemaphore() {
        this.useful = new Semaphore(10);
        this.useless = new Semaphore(0);
    }

    /*归还连接*/
    public void returnConnect(Connection connection) throws InterruptedException {
        if (connection != null) {
            System.out.println("当前有" + useful.getQueueLength() + "个线程等待数据库连接!!"
                    + "可用连接数：" + useful.availablePermits());
            useless.acquire();
            synchronized (pool) {
                pool.addLast(connection);
            }
            useful.release();
        }
    }

    /*从池子拿连接*/
    public Connection takeConnect() throws InterruptedException {
        useful.acquire();
        Connection connection;
        synchronized (pool) {
            connection = pool.removeFirst();
        }
        useless.release();
        return connection;
    }
}

/**
 * 类说明：测试数据库连接池
 */
public class AppTest {

    private static DBPoolSemaphore dbPool = new DBPoolSemaphore();

    private static class BusiThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            Random r = new Random();//让每个线程持有连接的时间不一样
            long start = System.currentTimeMillis();
            try {
                Connection connect = dbPool.takeConnect();
                System.out.println("Thread_" + Thread.currentThread().getId()
                        + "_获取数据库连接共耗时【" + (System.currentTimeMillis() - start) + "】ms.");
                SleepTools.ms(100 + r.nextInt(100));//模拟业务操作，线程持有连接查询数据
                System.out.println("查询数据完成，归还连接！");
                dbPool.returnConnect(connect);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            Thread thread = new BusiThread();
            thread.start();
        }
    }
}

打印结果：

Thread_12_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_14_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_17_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_15_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_18_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_20_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_13_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_16_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_11_获取数据库连接共耗时【0】ms.
Thread_19_获取数据库连接共耗时【0】ms.
查询数据完成，归还连接！
当前有5个线程等待数据库连接!!可用连接数：0
Thread_21_获取数据库连接共耗时【121】ms.
查询数据完成，归还连接！
当前有4个线程等待数据库连接!!可用连接数：0
Thread_22_获取数据库连接共耗时【133】ms.
查询数据完成，归还连接！
当前有3个线程等待数据库连接!!可用连接数：0
查询数据完成，归还连接！
当前有2个线程等待数据库连接!!可用连接数：0
Thread_23_获取数据库连接共耗时【145】ms.
Thread_24_获取数据库连接共耗时【144】ms.
查询数据完成，归还连接！
查询数据完成，归还连接！
当前有1个线程等待数据库连接!!可用连接数：0
当前有1个线程等待数据库连接!!可用连接数：0
Thread_25_获取数据库连接共耗时【158】ms.
查询数据完成，归还连接！
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：1
查询数据完成，归还连接！
查询数据完成，归还连接！
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：2
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：2
查询数据完成，归还连接！
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：4
查询数据完成，归还连接！
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：5
查询数据完成，归还连接！
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：6
查询数据完成，归还连接！
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：7
查询数据完成，归还连接！
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：8
查询数据完成，归还连接！
当前有0个线程等待数据库连接!!可用连接数：9

从打印结果可以看出，一次只有 10 个线程执行 acquire()，只有线程进行 release() 方法后才会有别的线程执行 acquire()。

注意： Semaphore 只是对资源并发访问的线程数进行监控，并不会保证线程安全。

Semaphore 的作用、应用场景和实战

概述

Semaphore 常用方法

Semaphore 使用场景

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