Semaphore的介绍和使用实例

本文介绍如何利用Java的Semaphore类实现互斥锁(Mutex)和有界阻塞容器。通过Semaphore控制并发访问数量,确保资源的安全访问,并演示了具体的实现代码。

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Semaphore可以用来控制能够同时发给你问某个特定资源的活动的数量或者同时给定操作的数量。计数信号量可以用来实现资源池或者一个容器限定边界。

 

一个Semaphore管理一个有效许可集合。许可的初始量通过构造函数传递给Semaphore,活动可以获取许可(只要还有剩余的许可),并在使用之后释放许可。获取许可的语法是semaphore.acquire(),如果没有剩余许可,则acquire会被阻塞,release方法向信号量返回一个许可。:

Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

表示同时访问资源的许可数量只有一个。这个语义可以实现一个Mutex互斥锁:

 

package semaphore;

import java.util.concurrent.Semaphore;

/**
 *
 *<p>Test</p>
 *<p>Description:</P>
 *<p>Company:Cisco CAS</p>
 *<p>Department:CAS</p>
 *@Author: Tommy Zhou
 *@Since: 1.0
 *@Version:Date:2011-4-27
 *
 **/

public class MutexLock {
   
    private Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
   
    /**
     * get a permit   
     * @throws InterruptedException
     */
    public void acquire() throws InterruptedException{
        semaphore.acquire();
    }
   
    /**
     * release a permit
     * @throws InterruptedException
     */
    public void release() throws InterruptedException{
        semaphore.release();
    }
}

package semaphore;
/**
 *
 *<p>Test</p>
 *<p>Description:</P>
 *<p>Company:Cisco CAS</p>
 *<p>Department:CAS</p>
 *@Author: Tommy Zhou
 *@Since: 1.0
 *@Version:Date:2011-4-27
 *
 **/

public class MutexSemaphoreSample {
   
    public static void main(String[] args) {
        MutexLock lock = new MutexLock();
        new MyThread(lock).start();
        new MyThread(lock).start();
    }

}
class MyThread extends Thread{
    private MutexLock mutex;
    public MyThread(MutexLock mutex){
        this.mutex = mutex;
    }
    public void run(){
        try {
            mutex.acquire();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e1.printStackTrace();
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(i);
        }
        try {
            mutex.release();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
   
}

 

同样,Semaphore可以轻松实现有界的阻塞容器:

package semaphore;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Semaphore;

/**
 *
 *<p>Test</p>
 *<p>Description:</P>
 *<p>Company:Cisco CAS</p>
 *<p>Department:CAS</p>
 *@Author: Tommy Zhou
 *@Since: 1.0
 *@Version:Date:2011-4-27
 *
 **/

public class SemaphoreBlockedList {
    private List list;
    private Semaphore semaphore;
    public SemaphoreBlockedList(int initialSize){
        list = new ArrayList(initialSize);
        semaphore = new Semaphore(initialSize);
    }
   
    public void add(Object o){
        try {
            semaphore.acquire();
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        boolean success=list.add(o);
        if(!success){
            semaphore.release();
        }
    }
   
    public void remove(Object o){
        if(list.remove(o)){
            semaphore.release();
        }
    }

}

 

 

### Semaphore 使用示例代码 #### 控制并发访问资源的数量 通过 `Semaphore` 可以有效地控制多个线程对有限资源的同时访问。下面的例子展示了如何创建一个具有两个许可证的信号量,并让四个线程依次尝试获取这些许可证: ```java import java.util.concurrent.Semaphore; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class SemaphoreExample { public static void main(String[] args) { // 创建一个公平策略的信号量,最多允许2个线程同时访问共享资源 Semaphore semaphore = new Semaphore(2, true); ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4); Runnable task = () -> { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is trying to acquire a permit."); // 获取许可 semaphore.acquire(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has acquired a permit and starts working."); Thread.sleep((long)(Math.random() * 1000)); // Simulate work System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finishes its job and releases the permit."); // 释放许可 semaphore.release(); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); // Restore interrupted status } }; for(int i=0; i<4; ++i){ executor.submit(task); } executor.shutdown(); } } ``` 这段程序定义了一个名为 `semaphore` 的对象来管理可用的许可证数[^3]。每当有新任务提交给线程池时,该任务会先打印一条消息表示正在试图获得许可;一旦成功获得了许可,则继续执行模拟的工作负载,在完成之后再打印另一条消息表明工作已完成并且已经释放了所持有的许可。 #### 资源保护下的顺序执行 如果希望进一步确保某些特定条件下线程按序执行,可以利用带参数构造函数中的布尔值指定是否采用公平模式(即FIFO队列)。上述例子中设置为了 `true` ,意味着较早请求许可的线程将会优先得到服务。
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