深入剖析Semaphore信号量

雨点打透心脏的1/2处 2022-11-27 03:16 162阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  Semaphore是什么
     *  Semaphore简易模型
     *  Semaphore核心API
     *  Semaphore实战
     *  Semaphore特点
     *  Semaphore使用场景之限流器

## Semaphore是什么 ##

中文意思是信号量。就像红绿灯一样，绿灯行，红灯停的信号。

## Semaphore简易模型 ##

主要包括：`计数器`、`等待队列`。如图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc0MDUzMA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## Semaphore核心API ##

**构造方法：**

*  `Semaphore(int permits)`：初始化计数器（默认为不公平的）
 *  `Semaphore(int permits, boolean fair)`：初始化计数器。`fair`为`true`时是`公平`的，也就是进入临界区的线程是先入先出的，谁先进来，谁就先出去；`fair`为`false`时是`不公平`的。

**核心方法：**

*  `void acquire()`：计数器`减一`，当计数器`<0`时，开始阻塞，其他线程进入等待队列；否则当前线程继续执行。
 *  `void release()`：计数器`加一`，当计数器`<=0`时，唤醒等待队列中的一个线程。

## Semaphore实战 ##

大家先看下代码，有什么问题么？

public class SemaphoreDemo { 
    
        private static int count = 0;
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    
            Thread t1 = new Thread(() -> add());
            Thread t2 = new Thread(() -> add());
            t1.start();
            t2.start();
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(count);
        }
    
        public static void add() { 
            for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
                count++;
            }
        }
    }

像这种`多个线程访问共享资源`的情况下，是肯定有`并发问题`的

结果如下：

![在这里插入图片描述][20200813141618452.png_pic_center]

对于这种**并发问题**，早期的**解决方案**其实就是`Semaphore`信号量了。来看下`Semaphore`是如何解决并发问题的。

接着代码改为：

public class SemaphoreDemo { 
    
        private static int count = 0;
        private static Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    
            Thread t1 = new Thread(() -> { 
                try { 
                    add();
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            Thread t2 = new Thread(() -> { 
                try { 
                    add();
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            t1.start();
            t2.start();
    
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println(count);
        }
    
        public static void add() throws InterruptedException { 
            //计数器减一
            semaphore.acquire();
            try { 
                for (int i = 0; i < 10000; i++) { 
                    count++;
                }
            } finally { 
                //计数器加一
                semaphore.release();
            }
        }
    }

结果如下：  
![在这里插入图片描述][20200813143306428.png_pic_center]

其实上面代码，仅仅加了`Semaphore`而已。初始化`计数器为1`，假设t1、t2线程并发进入`add()`方法，此时只有一个线程能把计数器从1减为0，先假设是t1线程把计数器减为0，那么t2线程把计数器减为-1，然后t1线程执行完`acquire()`计数器值为0，是不小于0的，那么t1线程可以进入临界区继续执行；然而t2线程执行完`acquire()`计数器值为-1，就开始阻塞，进入等待队列。等t1线程执行到`release()`时，计数器加1，此时的计数器为0，（因为t2把计数器减为了-1，因此`-1+1=0`）所以此时的计数器是小于等于0的，就会去唤醒等待队列中的一条线程，也就是t2了，整个过程大致就是这样。

可能有人会说，我可以直接在`add()`方法上加上`synchronized`或者在`count`的静态变量上加上`volatile`关键字，这些都是可以解决这种并发问题的。

没错，确实这两种方式还比较简单，方便。仅仅是一个`关键字`就可解决并发问题。

那`Semaphore`和`synchronized`他们的区别是什么呢？

最大的区别：**Semaphore 可以允许多个线程访问一个临界区**

## Semaphore特点 ##

> Semaphore 可以允许多个线程访问一个临界区

## Semaphore使用场景之限流器 ##

现在`Semaphore`大多数都是应用在池化资源的。比如：`线程池`、`数据库连接池`、`对象池`等等。  
你想一下，这些不都是同时允许多个线程访问一个临界区的么。比如：数据库连接池设置为100，先假设来了200个线程需要用连接池获取连接，那么此时只能有100个线程能获取到连接，剩下的100个线程开始阻塞，进入等待队列。只有拿到连接的线程释放了连接资源，才能被剩下的未拿到连接的线程来使用。这不就是一个**限流器**么？

**Semaphore实现限流器**

思路：假设允许同时允许N个线程访问一个临界区，那么把计数器初始化为N，只有计数器<0时才会阻塞，这就实现了一个限流器了。

**开心一刻**

> 侄子上厕所经常让我给他擦小屁屁，有一次我就逗他玩，我和他说小姑天天给你擦屁屁，你长大结婚了是不是该给小姑个大红包啊!他回答说：不用啊!我长大了也给你擦屁屁。 我。。。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mjc0MDUzMA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

让我看看你的脚印，随手留赞哈！

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