java之并发工具类信号量（Semaphore）

java并发工具类
1、CountDownLatch ：能够使一个或多个线程等待其他线程完成各自的工作后再执行
2、CyclicBarrier ： 让一组线程到达一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障时，屏障才会开门，所有被屏障拦截的线程才会继续运行。
3、Semaphore ： 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，以保证合理地使用公共资源
4、Exchanger  ： 用于线程间协作的工具类



3、Semaphore 
信号量：也可以称其为“信号灯”，它的存在就如同生活中的红绿灯一般，用来控制车辆的通行。在程序员眼中，线程就好比行驶的车辆，程序员就可以通过信号量去指定线程是否可以执行，并且可以指定访问临界区的线程数量；

信号量实现原理：Semaphore是用来保护一个或者多个共享资源的访问，Semaphore内部维护了一个计数器，其值为可以访问的共享资源的个数。一个线程要访问共享资源，先获得信号量，如果信号量的计数器值大于1，意味着有共享资源可以访问，则使其计数器值减去1，再访问共享资源。

如果计数器值为0, 线程进入休眠。当某个线程使用完共享资源后，释放信号量，并将信号量内部的计数器加1，之前进入休眠的线程将被唤醒并再次试图获得信号量。

举例：就好比一个厕所管理员，站在门口，只有厕所有空位，就开门允许与空侧数量等量的人进入厕所（5个空位，如果有10个人，那么只有5个人同时可以进去，其他5个人只能等待，等其他空位出来后才可以进去）多个人进入厕所后，相当于N个人来分配使用Nr空位。为避免多个人来同时竞争同一个侧卫，在内部仍然使用锁来控制资源的同步访问。

信号量作用：在java中，使用了synchronized关键字和Lock锁实现了资源的并发访问控制，在同一时间只允许唯一了线程进入临界区访问资源(读锁除外)，这样子控制的主要目的是为了解决多个线程并发同一资源造成的数据不一致的问题。在另外一种场景下，一个资源有多个副本可供同时使用，比如打印机房有多个打印机、厕所有多个坑可供同时使用，这种情况下，Java提供了另外的并发访问控制--资源的多副本的并发访问控制，今天学习的信号量Semaphore即是其中的一种。

三个方法：
init()：设置计数器的初始值（信号量是支持多个线程访问一个临界区的，所以可以通过设置计数器的初始值来控制线程访问临界资源的数量）
down()：计数器减一操作；如果此时计数器的值小于0，则当前线程被阻塞，否则当前线程可以继续执行。
up()：计数器加一操作；如果此时计数器的值小于或者等于 0，则唤醒等待队列中的一个线程，并将其从等待队列中移除。

这里的三个方法均是原子操作。在Java SDK里，信号量是由java.util.concurrent.Semaphore实现的，基于AQS(AbstractQueuedSynchronizer)来做的，Semaphore可以保证方其都是原子操作。并且在Java SDK并发包中，down()和up()对应的是acquire()和release()方法。

class Semaphore{
  // 计数器
  int count;
  // 等待队列
  Queue queue;
  // 初始化操作
  Semaphore(int c){
    this.count=c;
  }
  // 
  void down(){
    this.count--;
    if(this.count<0){
      // 将当前线程插入等待队列
      // 阻塞当前线程
    }
  }
  void up(){
    this.count++;
    if(this.count<=0) {
      // 移除等待队列中的某个线程 T
      // 唤醒线程 T
    }
  }
}

举例两个线程应用：比如现有两个线程 t1与t2，而我们规定在初始化计数器时将计数器设置为1，表明临界区只允许一个线程去访问。当两个线程同时访问addOne()方法时，两个线程同时执行acquire()方法，由于acquire()是一个原子操作，当t1将计数器值减为0，t2将计数器减为-1。对于t1而言，信号量的计数器值为0，满足大于等于0条件，所以t1会继续执行；对于t2而言，信号量里边的计数器为-1，小于0，按照down()操作的描述，t2会被阻塞。因此只有t1线程进入临界区执行count+=1操作。
当t1执行release()操作时，信号量里边的计数器会+1，此时为0，小于等于0，因此会将处于等待队列中的t2线程唤醒。于是t2在t1执行完临界代码之后进入到了临界区。从而保证了互斥性。


在业务场景中应用
场景1：在springcloud Hystrix限流和Alibaba Sentinel 中限流使用
在springcloud中应用
Spring Cloud Hystrix设计原理 - 简书

场景2：多线程中让线程按顺序运行的方法
参考地址：让线程按顺序执行8种方法 - 俊俊的小熊饼干 - 博客园


其他博客参考：CountDownLatch和CylicBarrier以及Semaphare你使用过吗 - 王森 - 博客园