一、什么是信号量
“信号量”在编程术语中使用单词semaphore,那什么是“信号量”?信号量就好比你家厨房入口架子上摆了三把锅。
- 如果你的孩子热奶拿走一把,你的老婆热汤拿走一把,你的妈妈做菜拿走一把,你想煮面条就没有锅了。当你看到这种情况,你就不会进入厨房了,你处于等待状态。也就说厨房按照“锅的数量”作为信号量,只能容纳三个人(线程)。
- 当你的老婆热完汤之后,把锅重新放回架子上,你就可以去获得一个锅,你就可以进入厨房了。
二、信号量类Semaphore
通过上文的介绍,我们可以总结出信号量的重要组成部分
- 计数器:计算信号量的使用情况,锅(信号)被使用一次减1,锅(信号)被还回一次加1
- 等待队列:当任务数量大于信号量数量上限的时候,任务进入等待队列
信号量在JDK中是由 java.util.concurrent.Semaphore 实现的,Semaphore提供了两个构造函数。permits参数代表信号量的数量(锅的数量),fair代表信号量的获取是否遵循公平原则。所谓的公平原则就是:先启动的线程先调用semaphore.acquire();
方法,就先得到一个信号“锅”(permit),遵循先来后到的原则。
public Semaphore(int permits) public Semaphore(int permits, boolean fair)
常用方法列表
方法名 | 作用 |
---|---|
acquire() | 获取一个permit,在获取到permit之前,线程处于阻塞状态 |
tryAcquire() | 尝试获取一个permit,获取成功返回true,否则返回false,不阻塞线程 |
tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) | 和tryAcquire()大部分实现一样,区别是提供超时设置,在超时时间范围内多次尝试,不阻塞线程。 |
availablePermits() | 获取目前剩余的信号permit的数量 |
release() | 释放一个permit,并唤醒一个等待信号permit的线程 |
hasQueuedThreads() | 返回值boolean类型,判断等待队列中是否存在等待线程 |
getQueueLength() | 获取等待队列中等待线程的数量 |
三、实现限流器
通过上面的介绍,我相信大家肯定可以想到Semaphore的应用场景。比如:
- 医院门诊排号器,三个在岗医生就是3个信号permit,当超出信号量数量的时候,想就诊就只能等待
- 停车场停车功能,n个车位就是n个信号permit,当超出信号量数量的时候,想停车也只能等待
应用场景还有很多很多,大家自己去发会创造力吧。其实无论多少种应用场景说白了:Semaphore实现的就是一个限流器。我们还是以我们家的厨房kitchen里面的三把锅wok为例,实现基于信号量的限流。
public class TestKitchenSemaphore { //信号量-3把锅 private static Semaphore threeWoks = new Semaphore(3); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { //模拟5个人抢占3把锅的场景 for(int i=0;i < 5;i++){ Thread.sleep(1000); //模拟进入厨房的先后顺序,存在时间间隔 new Thread(() -> { try { threeWoks.acquire(); //获取一个permit,信号量计数器减1 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿走了一把锅,还剩" + threeWoks.availablePermits() + "把锅"); Thread.sleep(new Random().nextInt(5000)); //模拟使用锅的时长 threeWoks.release();//释放permit,信号量计数器加1 System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "还回一把锅,还剩" + threeWoks.availablePermits() + "把锅"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }).start(); } } }
上文代码的输出如下,我们可以看到每acquire一次信号量减1,每release一次信号量加1。信号量的上限是3,下限是0。当达到上限的时候,只有等先占据锅permit的线程释放,其他线程才能获取到锅permit。
Thread-0拿走了一把锅,还剩2把锅 Thread-1拿走了一把锅,还剩1把锅 Thread-2拿走了一把锅,还剩0把锅 => 备注:5个线程只能获取3个锅(上限) Thread-1还回一把锅,还剩1把锅 Thread-3拿走了一把锅,还剩0把锅 => 备注:被还回才能被再次占用,不超过3 Thread-0还回一把锅,还剩1把锅 Thread-4拿走了一把锅,还剩0把锅 => 备注:被还回才能被再次占用,不超过3 Thread-2还回一把锅,还剩1把锅 Thread-3还回一把锅,还剩2把锅 Thread-4还回一把锅,还剩3把锅 => 备注:用完依次释放
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