Java面试篇基础部分-Semaphore及其用法详解

Semaphore 是一种基于计数的信号量，在定义信号量对象的时候可以设置一个阈值，然后基于这个阈值，多线程可以竞争访问信号量，线程竞争到许可的信号之后，开始执行具体的业务逻辑，业务逻辑在执行完成之后释放这个许可信号。

如果许可信号竞争队列超过阈值，新加入的申请信号许可的线程就会被阻塞，知道有其他许可信号被释放。使用Semaphore可以控制同时访问资源的线程个数，例如，实现一个文件允许的并发访问数。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
      	//创建Semaphore信号量，初始化许可大小为3
        final  Semaphore sp = new Semaphore(3);
        for(int i=0;i<10;i++){
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e2) {
                e2.printStackTrace();
            }
          
            Runnable runnable = new Runnable(){
                    public void run(){
                    try {
                      	//请求获得许可，如果有可获得的许可则继续往下执行，
                       //许可数减1。否则进入阻塞状态
                        sp.acquire();
                    } catch (InterruptedException e1) {
                        e1.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + 
                            "进入，当前已有" + (3-sp.availablePermits()) + "个并发");
                    try {
                        Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + 
                            "即将离开");                    
                    sp.release();//释放许可，许可数加1
                    //下面代码有时候执行不准确，因为其没有和上面的代码合成原子单元
                    System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + 
                            "已离开，当前已有" + (3-sp.availablePermits()) + "个并发");                    
                }
            };
            service.execute(runnable);            
        }
    }

}

Semaphore 对于锁的申请与释放和ReentrantLock是类似的，通过acquire()方法和release()方法来获取和释放许可信号资源。

Semaphore.acquire()方法与ReentrantLock.lockInterruptibly()方法的效果是一样的，为可响应中断的锁。也就是说在等待获取许可信号的过程中可以被Thread.interrupt()方法中断而取消对许可信号的申请操作。

除此之外，Semaphore也实现了可轮询的锁请求、定时锁的等功能，以及公平与非公平锁的定义在构造函数中设定

Semaphore锁的释放操作也需要手动进行释放，为此为了避免线程因为异常没有正常释放锁，释放锁的操作必须在finally代码块中完成。

Semaphore也可以用于实现一些对象池、资源池的构建，例如静态全局对象池、数据库连接池等等。

单个信号量的Semaphore对象可以实现互斥锁的功能，并且可以是由一个线程获得了“锁”，再由另一个线程释放“锁”，这可应用于死锁恢复的一些场合。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockTest {
    public static void main(String[] args) {
        final Business business = new Business();
        ExecutorService executor =  Executors.newFixedThreadPool(3);
        for(int i=0;i<3;i++)
        {
            executor.execute(
                    new Runnable()
                    {
                        public void run()
                        {
                            business.service();
                        }
                    }
            
            );
        }
        executor.shutdown();
    }
    
    private static class Business
    {
        private int count;
        Lock lock = new ReentrantLock();
        Semaphore sp = new Semaphore(1);
        public void service() 
        {
            //lock.lock();
            try {
			    //当前线程使用count变量的时候将其锁住，不允许其他线程访问
                sp.acquire(); 
            } catch (InterruptedException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
            try {
                count++;
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(count);
            } catch (RuntimeException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            finally
            {
                //lock.unlock();
                sp.release();  //释放锁
            }
        }
    }        
    
}