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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「運(yùn)維開發(fā)故事」，作者老鄭。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系運(yùn)維開發(fā)故事公眾號(hào)。
概述
Semaphore 信號(hào)量， 信號(hào)量維護(hù)了一組許可。如果有必要每個(gè)采集模塊都會(huì)阻塞，直到有許可可用。然后獲取許可證。每次發(fā)布都會(huì)添加一個(gè)許可證，可能會(huì)釋放一個(gè)阻塞資源。但是，沒有使用實(shí)際的許可對(duì)象;信號(hào)量可用數(shù)量的計(jì)數(shù)，并且進(jìn)行操作。 信號(hào)量通?？梢杂糜谙拗圃L問某些(物理或者邏輯)資源的線程數(shù)。例如下面是一個(gè)使用信號(hào)量控制對(duì)線程池訪問。
- class Pool {
- private static final int MAX_AVAILABLE = 100;
- private final Semaphore available = new Semaphore(MAX_AVAILABLE, true);
- public Object getItem() throws InterruptedException {
- available.acquire();
- return getNextAvailableItem();
- }
- public void putItem(Object x) {
- if (markAsUnused(x))
- available.release();
- }
- // Not a particularly efficient data structure; just for demo
- protected Object[] items = ... whatever kinds of items being managed
- protected boolean[] used = new boolean[MAX_AVAILABLE];
- protected synchronized Object getNextAvailableItem() {
- for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i) {
- if (!used[i]) {
- used[i] = true;
- return items[i];
- }
- }
- return null; // not reached
- }
- protected synchronized boolean markAsUnused(Object item) {
- for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i) {
- if (item == items[i]) {
- if (used[i]) {
- used[i] = false;
- return true;
- } else
- return false;
- }
- }
- return false;
- }
- }
在獲取項(xiàng)目之前，每個(gè)線程必須從信號(hào)量獲取一個(gè)許可證，以確保項(xiàng)目可用。當(dāng)線程處理完該項(xiàng)后，它將返回到池中，并向信號(hào)量返回一個(gè)許可證，允許另一個(gè)線程獲取該項(xiàng)。請(qǐng)注意，在調(diào)用acquire時(shí)不會(huì)保持同步鎖，因?yàn)檫@會(huì)阻止項(xiàng)目返回池。信號(hào)量封裝了限制對(duì)池的訪問所需的同步，與維護(hù)池本身一致性所需的任何同步分開。
初始化為1的信號(hào)量，其使用方式是最多只有一個(gè)可用的許可證，可以用作互斥鎖。這通常被稱為二進(jìn)制信號(hào)量，因?yàn)樗挥袃蓚€(gè)狀態(tài)：一個(gè)許可證可用，或者零個(gè)許可證可用。以這種方式使用時(shí)，二進(jìn)制信號(hào)量的屬性(與許多java.util.concurrent.locks.Lock實(shí)現(xiàn)不同)是“鎖”可以由所有者以外的線程釋放(因?yàn)樾盘?hào)量沒有所有權(quán)的概念)。這在某些特定的上下文中非常有用，例如死鎖恢復(fù)。
此類的構(gòu)造函數(shù)可以選擇接受公平性參數(shù)。當(dāng)設(shè)置為false時(shí)，此類不保證線程獲取許可的順序。特別是，允許bargging，也就是說，調(diào)用acquire的線程可以在一直在等待的線程之前分配一個(gè)許可證-從邏輯上講，新線程將自己置于等待線程隊(duì)列的頭部。當(dāng)公平性設(shè)置為true時(shí)，信號(hào)量保證選擇調(diào)用任何acquire方法的線程，以按照其調(diào)用這些方法的處理順序(先進(jìn)先出;先進(jìn)先出)。請(qǐng)注意，F(xiàn)IFO排序必然適用于這些方法中的特定內(nèi)部執(zhí)行點(diǎn)。因此，一個(gè)線程可以在另一個(gè)線程之前調(diào)用acquire，但在另一個(gè)線程之后到達(dá)排序點(diǎn)，類似地，從方法返回時(shí)也是如此。還請(qǐng)注意，untimed tryAcquire方法不支持公平性設(shè)置，但將接受任何可用的許可。
通常，用于控制資源訪問的信號(hào)量應(yīng)該初始化為公平，以確保沒有線程因訪問資源而耗盡。當(dāng)將信號(hào)量用于其他類型的同步控制時(shí)，非公平排序的吞吐量?jī)?yōu)勢(shì)往往超過公平性考慮。
此類還提供了方便的方法，可以一次獲取和發(fā)布多個(gè)許可證。當(dāng)使用這些方法時(shí)，如果沒有將公平設(shè)置為真，則要小心無限期延遲的風(fēng)險(xiǎn)增加。
內(nèi)存一致性影響：在調(diào)用“release”方法(如release())之前的線程中的操作發(fā)生在另一個(gè)線程中成功的“acquire”方法(如acquire()之后的操作)之前。
原理分析
Semaphore 信號(hào)量，是控制并發(fā)的有效手段。它底層通過 AQS 實(shí)現(xiàn)。如下圖所示：
構(gòu)造方法
Semaphore 構(gòu)造方法有兩個(gè) Semaphore(int permits) 和 Semaphore(int permits, boolean fair) 后者有兩個(gè)參數(shù)：第一個(gè)參數(shù)是許可數(shù)量初始化，第二個(gè)參數(shù)定義信號(hào)量是否公平鎖同步(默認(rèn)為非公平)。
- public Semaphore(int permits) {
- sync = new NonfairSync(permits);
- }
- public Semaphore(int permits, boolean fair) {
- sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
- }
acquire 方法
acquire 方法可以為理解獲取許可，如果存在剩余許可那么就可以進(jìn)入后續(xù)代碼塊，如果沒有獲取線程進(jìn)入阻塞。在共享模式下獲取，如果中斷將中止。通過首先檢查中斷狀態(tài)，然后調(diào)用至少一次tryAcquireShared，并在成功時(shí)返回來實(shí)現(xiàn)。否則線程將排隊(duì)，可能會(huì)重復(fù)阻塞和取消阻塞，調(diào)用tryAcquireShared，直到成功或線程中斷。
release 方法
acquire 方法可以為理解釋放許可，其他等待許可的線程進(jìn)入資源競(jìng)爭(zhēng)階段。然后去查找等待隊(duì)列隊(duì)頭有效的等待節(jié)點(diǎn)進(jìn)行喚醒。
整體流程
Semaphore 信號(hào)量原理.png
舉個(gè)例子
場(chǎng)景描述
對(duì)于控制流量，或者控制并發(fā)我們可以使用 Semaphore 信號(hào)量來完成。例子：有100 個(gè)人需要過橋，但是橋上最多同時(shí)能夠承受 5 個(gè)人的重量。如果我們需要有序的過橋那么就可以采用信號(hào)量的方式來控制。
初始化 5 個(gè)許可。
上橋之前先去獲取 許可，如果有剩余許可就上橋。
如果沒有 許可，就等待許可。
image.png
模擬代碼
首先定義橋?qū)ο?，入下所示?/p>
- public class Bridge {
- private String name;
- private String address;
- private Integer max;
- public String getName() {
- return name;
- }
- public void setName(String name) {
- this.name = name;
- }
- public String getAddress() {
- return address;
- }
- public void setAddress(String address) {
- this.address = address;
- }
- public Integer getMax() {
- return max;
- }
- public void setMax(Integer max) {
- this.max = max;
- }
- }
然后定義遷徙者對(duì)象，就是過橋的人，然后他有個(gè)動(dòng)作就是過橋。代碼如下所示。
- public class Migrator {
- private String name;
- public void gapBridge() {
- System.out.println("Migrator: " + this.name + ", time:" + System.currentTimeMillis());
- }
- public String getName() {
- return name;
- }
- public void setName(String name) {
- this.name = name;
- }
- }
調(diào)用代碼如下：
- public class MainTest {
- public static void main(String[] args) {
- Bridge bridge = new Bridge();
- bridge.setAddress("云南");
- bridge.setName("XX 橋");
- bridge.setMax(5);
- Semaphore semaphore = new Semaphore(bridge.getMax());
- for (int i=0; i< 100; i++) {
- int idx = i;
- new Thread(()-> {
- try {
- Migrator migrator = new Migrator();
- migrator.setName("name-" + idx);
- semaphore.acquire();
- TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
- migrator.gapBridge();
- System.out.println("name " + migrator.getName() + " 通過");
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- } finally {
- semaphore.release();
- }
- }).start();
- }
- }
- }
輸出日志如下：我們可以看到剛開始的時(shí)候有 5 個(gè)線程獲取到 "許可" 幾乎同時(shí)過橋，后面逐漸就是釋放一個(gè)許可，另外一個(gè)線程繼續(xù)執(zhí)行。
- Migrator: name-7, time:1630495912011
- name name-7 通過
- Migrator: name-2, time:1630495912011
- name name-2 通過
- Migrator: name-4, time:1630495912011
- Migrator: name-8, time:1630495912011
- Migrator: name-3, time:1630495912011
- name name-3 通過
- name name-8 通過
- name name-4 通過
- Migrator: name-5, time:1630495913012
- name name-5 通過
- Migrator: name-0, time:1630495913012
- name name-0 通過
- Migrator: name-6, time:1630495913013
參考文檔
https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5414778.html
本文名稱：聊聊Semaphore信號(hào)量源碼分析
文章網(wǎng)址：http://m.5511xx.com/article/djpjodo.html
