`

Java并发编程: 使用Semaphore限制资源并发访问的线程数

 
阅读更多

本文将介绍用来控制资源同时访问个数的Semaphore工具类, 然后采用Semaphore给出一个泊车的实例,最后给出Semaphore和CountDownLatch的几点比较. 

1. Semaphore工具类介绍 

Java代码  收藏代码
  1. /** 
  2.  * A counting semaphore.  Conceptually, a semaphore maintains a set of 
  3.  * permits.  Each {@link #acquire} blocks if necessary until a permit is 
  4.  * available, and then takes it.  Each {@link #release} adds a permit, 
  5.  * potentially releasing a blocking acquirer. 
  6.  * However, no actual permit objects are used; the <tt>Semaphore</tt> just 
  7.  * keeps a count of the number available and acts accordingly. 
  8.  * 
  9.  * <p>Semaphores are often used to restrict the number of threads than can 
  10.  * access some (physical or logical) resource. 
  11.  */  



从Semaphore的注释中可以看出如下几点: 
1.从概念上讲,信号量维护了一个许可集。如有必要,在许可可用前会阻塞每一个 acquire(),然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可,从而可能释放一个正在阻塞的获取者。 
2. Semaphore并不使用实际的许可对象,Semaphore 只对可用许可进行计数,并采取相应的行动。 

3.Semaphore 通常用于限制可以访问某些资源(物理或逻辑的)的线程数目。 

Semaphore中定义了一个内部类Sync,该类继承AbstractQueuedSynchronizer。 
从代码中可以看出,Semaphore的方法基本上都调用了Sync的方法来实现。Smaphore还提供了公平非公平的两种方式. 

Semaphore工具类相关的类图以及详细代码如下: 





Java代码  收藏代码
  1. /* 
  2.  * @(#)Semaphore.java   1.8 04/07/12 
  3.  * 
  4.  * Copyright 2004 Sun Microsystems, Inc. All rights reserved. 
  5.  * SUN PROPRIETARY/CONFIDENTIAL. Use is subject to license terms. 
  6.  */  
  7.   
  8. package java.util.concurrent;  
  9. import java.util.*;  
  10. import java.util.concurrent.locks.*;  
  11. import java.util.concurrent.atomic.*;  
  12.   
  13. /** 
  14.  * A counting semaphore.  Conceptually, a semaphore maintains a set of 
  15.  * permits.  Each {@link #acquire} blocks if necessary until a permit is 
  16.  * available, and then takes it.  Each {@link #release} adds a permit, 
  17.  * potentially releasing a blocking acquirer. 
  18.  * However, no actual permit objects are used; the <tt>Semaphore</tt> just 
  19.  * keeps a count of the number available and acts accordingly. 
  20.  * 
  21.  * <p>Semaphores are often used to restrict the number of threads than can 
  22.  * access some (physical or logical) resource. For example, here is 
  23.  * a class that uses a semaphore to control access to a pool of items: 
  24.  * <pre> 
  25.  * class Pool { 
  26.  *   private static final MAX_AVAILABLE = 100; 
  27.  *   private final Semaphore available = new Semaphore(MAX_AVAILABLE, true); 
  28.  * 
  29.  *   public Object getItem() throws InterruptedException { 
  30.  *     available.acquire(); 
  31.  *     return getNextAvailableItem(); 
  32.  *   } 
  33.  * 
  34.  *   public void putItem(Object x) { 
  35.  *     if (markAsUnused(x)) 
  36.  *       available.release(); 
  37.  *   } 
  38.  * 
  39.  *   // Not a particularly efficient data structure; just for demo 
  40.  * 
  41.  *   protected Object[] items = ... whatever kinds of items being managed 
  42.  *   protected boolean[] used = new boolean[MAX_AVAILABLE]; 
  43.  * 
  44.  *   protected synchronized Object getNextAvailableItem() { 
  45.  *     for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i) { 
  46.  *       if (!used[i]) { 
  47.  *          used[i] = true; 
  48.  *          return items[i]; 
  49.  *       } 
  50.  *     } 
  51.  *     return null; // not reached 
  52.  *   } 
  53.  * 
  54.  *   protected synchronized boolean markAsUnused(Object item) { 
  55.  *     for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i) { 
  56.  *       if (item == items[i]) { 
  57.  *          if (used[i]) { 
  58.  *            used[i] = false; 
  59.  *            return true; 
  60.  *          } else 
  61.  *            return false; 
  62.  *       } 
  63.  *     } 
  64.  *     return false; 
  65.  *   } 
  66.  * 
  67.  * } 
  68.  * </pre> 
  69.  * 
  70.  * <p>Before obtaining an item each thread must acquire a permit from 
  71.  * the semaphore, guaranteeing that an item is available for use. When 
  72.  * the thread has finished with the item it is returned back to the 
  73.  * pool and a permit is returned to the semaphore, allowing another 
  74.  * thread to acquire that item.  Note that no synchronization lock is 
  75.  * held when {@link #acquire} is called as that would prevent an item 
  76.  * from being returned to the pool.  The semaphore encapsulates the 
  77.  * synchronization needed to restrict access to the pool, separately 
  78.  * from any synchronization needed to maintain the consistency of the 
  79.  * pool itself. 
  80.  * 
  81.  * <p>A semaphore initialized to one, and which is used such that it 
  82.  * only has at most one permit available, can serve as a mutual 
  83.  * exclusion lock.  This is more commonly known as a [i]binary 
  84.  * semaphore[/i], because it only has two states: one permit 
  85.  * available, or zero permits available.  When used in this way, the 
  86.  * binary semaphore has the property (unlike many {@link Lock} 
  87.  * implementations), that the "lock" can be released by a 
  88.  * thread other than the owner (as semaphores have no notion of 
  89.  * ownership).  This can be useful in some specialized contexts, such 
  90.  * as deadlock recovery. 
  91.  * 
  92.  * <p> The constructor for this class optionally accepts a 
  93.  * [i]fairness[/i] parameter. When set false, this class makes no 
  94.  * guarantees about the order in which threads acquire permits. In 
  95.  * particular, [i]barging[/i] is permitted, that is, a thread 
  96.  * invoking {@link #acquire} can be allocated a permit ahead of a 
  97.  * thread that has been waiting - logically the new thread places itself at 
  98.  * the head of the queue of waiting threads. When fairness is set true, the 
  99.  * semaphore guarantees that threads invoking any of the {@link 
  100.  * #acquire() acquire} methods are selected to obtain permits in the order in 
  101.  * which their invocation of those methods was processed 
  102.  * (first-in-first-out; FIFO). Note that FIFO ordering necessarily 
  103.  * applies to specific internal points of execution within these 
  104.  * methods.  So, it is possible for one thread to invoke 
  105.  * <tt>acquire</tt> before another, but reach the ordering point after 
  106.  * the other, and similarly upon return from the method. 
  107.  * Also note that the untimed {@link #tryAcquire() tryAcquire} methods do not 
  108.  * honor the fairness setting, but will take any permits that are 
  109.  * available. 
  110.  * 
  111.  * <p>Generally, semaphores used to control resource access should be 
  112.  * initialized as fair, to ensure that no thread is starved out from 
  113.  * accessing a resource. When using semaphores for other kinds of 
  114.  * synchronization control, the throughput advantages of non-fair 
  115.  * ordering often outweigh fairness considerations. 
  116.  * 
  117.  * <p>This class also provides convenience methods to {@link 
  118.  * #acquire(int) acquire} and {@link #release(int) release} multiple 
  119.  * permits at a time.  Beware of the increased risk of indefinite 
  120.  * postponement when these methods are used without fairness set true. 
  121.  * 
  122.  * @since 1.5 
  123.  * @author Doug Lea 
  124.  * 
  125.  */  
  126.   
  127. public class Semaphore implements java.io.Serializable {  
  128.     private static final long serialVersionUID = -3222578661600680210L;  
  129.     /** All mechanics via AbstractQueuedSynchronizer subclass */  
  130.     private final Sync sync;  
  131.   
  132.     /** 
  133.      * Synchronization implementation for semaphore.  Uses AQS state 
  134.      * to represent permits. Subclassed into fair and nonfair 
  135.      * versions. 
  136.      */  
  137.     abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {  
  138.         Sync(int permits) {  
  139.             setState(permits);  
  140.         }  
  141.           
  142.         final int getPermits() {  
  143.             return getState();  
  144.         }  
  145.   
  146.         final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {  
  147.             for (;;) {  
  148.                 int available = getState();  
  149.                 int remaining = available - acquires;  
  150.                 if (remaining < 0 ||  
  151.                     compareAndSetState(available, remaining))  
  152.                     return remaining;  
  153.             }  
  154.         }  
  155.           
  156.         protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {  
  157.             for (;;) {  
  158.                 int p = getState();  
  159.                 if (compareAndSetState(p, p + releases))   
  160.                     return true;  
  161.             }  
  162.         }  
  163.   
  164.         final void reducePermits(int reductions) {  
  165.             for (;;) {  
  166.                 int current = getState();  
  167.                 int next = current - reductions;  
  168.                 if (compareAndSetState(current, next))  
  169.                     return;  
  170.             }  
  171.         }  
  172.   
  173.         final int drainPermits() {  
  174.             for (;;) {  
  175.                 int current = getState();  
  176.                 if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))  
  177.                     return current;  
  178.             }  
  179.         }  
  180.     }  
  181.   
  182.     /** 
  183.      * NonFair version 
  184.      */  
  185.     final static class NonfairSync extends Sync {  
  186.         NonfairSync(int permits) {  
  187.             super(permits);  
  188.         }  
  189.          
  190.         protected int tryAcquireShared(int acquires) {  
  191.             return nonfairTryAcquireShared(acquires);  
  192.         }  
  193.     }  
  194.   
  195.     /** 
  196.      * Fair version 
  197.      */  
  198.     final static class FairSync extends Sync {  
  199.         FairSync(int permits) {  
  200.             super(permits);  
  201.         }  
  202.           
  203.         protected int tryAcquireShared(int acquires) {  
  204.             Thread current = Thread.currentThread();  
  205.             for (;;) {  
  206.                 Thread first = getFirstQueuedThread();  
  207.                 if (first != null && first != current)  
  208.                     return -1;  
  209.                 int available = getState();  
  210.                 int remaining = available - acquires;  
  211.                 if (remaining < 0 ||  
  212.                     compareAndSetState(available, remaining))  
  213.                     return remaining;  
  214.             }  
  215.         }  
  216.     }  
  217.   
  218.     /** 
  219.      * Creates a <tt>Semaphore</tt> with the given number of 
  220.      * permits and nonfair fairness setting. 
  221.      * @param permits the initial number of permits available. This 
  222.      * value may be negative, in which case releases must 
  223.      * occur before any acquires will be granted. 
  224.      */  
  225.     public Semaphore(int permits) {   
  226.         sync = new NonfairSync(permits);  
  227.     }  
  228.   
  229.     /** 
  230.      * Creates a <tt>Semaphore</tt> with the given number of 
  231.      * permits and the given fairness setting. 
  232.      * @param permits the initial number of permits available. This 
  233.      * value may be negative, in which case releases must 
  234.      * occur before any acquires will be granted. 
  235.      * @param fair true if this semaphore will guarantee first-in 
  236.      * first-out granting of permits under contention, else false. 
  237.      */  
  238.     public Semaphore(int permits, boolean fair) {   
  239.         sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);  
  240.     }  
  241.   
  242.     /** 
  243.      * Acquires a permit from this semaphore, blocking until one is 
  244.      * available, or the thread is {@link Thread#interrupt interrupted}. 
  245.      * 
  246.      * <p>Acquires a permit, if one is available and returns immediately, 
  247.      * reducing the number of available permits by one. 
  248.      * <p>If no permit is available then the current thread becomes 
  249.      * disabled for thread scheduling purposes and lies dormant until 
  250.      * one of two things happens: 
  251.      * [list] 
  252.      * <li>Some other thread invokes the {@link #release} method for this 
  253.      * semaphore and the current thread is next to be assigned a permit; or 
  254.      * <li>Some other thread {@link Thread#interrupt interrupts} the current 
  255.      * thread. 
  256.      * [/list] 
  257.      * 
  258.      * <p>If the current thread: 
  259.      * [list] 
  260.      * <li>has its interrupted status set on entry to this method; or 
  261.      * <li>is {@link Thread#interrupt interrupted} while waiting 
  262.      * for a permit, 
  263.      * [/list] 
  264.      * then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's 
  265.      * interrupted status is cleared. 
  266.      * 
  267.      * @throws InterruptedException if the current thread is interrupted 
  268.      * 
  269.      * @see Thread#interrupt 
  270.      */  
  271.     public void acquire() throws InterruptedException {  
  272.         sync.acquireSharedInterruptibly(1);  
  273.     }  
  274.   
  275.     /** 
  276.      * Acquires a permit from this semaphore, blocking until one is 
  277.      * available. 
  278.      * 
  279.      * <p>Acquires a permit, if one is available and returns immediately, 
  280.      * reducing the number of available permits by one. 
  281.      * <p>If no permit is available then the current thread becomes 
  282.      * disabled for thread scheduling purposes and lies dormant until 
  283.      * some other thread invokes the {@link #release} method for this 
  284.      * semaphore and the current thread is next to be assigned a permit. 
  285.      * 
  286.      * <p>If the current thread 
  287.      * is {@link Thread#interrupt interrupted} while waiting 
  288.      * for a permit then it will continue to wait, but the time at which 
  289.      * the thread is assigned a permit may change compared to the time it 
  290.      * would have received the permit had no interruption occurred. When the 
  291.      * thread does return from this method its interrupt status will be set. 
  292.      * 
  293.      */  
  294.     public void acquireUninterruptibly() {  
  295.         sync.acquireShared(1);  
  296.     }  
  297.   
  298.     /** 
  299.      * Acquires a permit from this semaphore, only if one is available at the  
  300.      * time of invocation. 
  301.      * <p>Acquires a permit, if one is available and returns immediately, 
  302.      * with the value <tt>true</tt>, 
  303.      * reducing the number of available permits by one. 
  304.      * 
  305.      * <p>If no permit is available then this method will return 
  306.      * immediately with the value <tt>false</tt>. 
  307.      * 
  308.      * <p>Even when this semaphore has been set to use a 
  309.      * fair ordering policy, a call to <tt>tryAcquire()</tt> [i]will[/i] 
  310.      * immediately acquire a permit if one is available, whether or not 
  311.      * other threads are currently waiting.  
  312.      * This "barging" behavior can be useful in certain  
  313.      * circumstances, even though it breaks fairness. If you want to honor 
  314.      * the fairness setting, then use  
  315.      * {@link #tryAcquire(long, TimeUnit) tryAcquire(0, TimeUnit.SECONDS) } 
  316.      * which is almost equivalent (it also detects interruption). 
  317.      * 
  318.      * @return <tt>true</tt> if a permit was acquired and <tt>false</tt> 
  319.      * otherwise. 
  320.      */  
  321.     public boolean tryAcquire() {  
  322.         return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;  
  323.     }  
  324.   
  325.     /** 
  326.      * Acquires a permit from this semaphore, if one becomes available  
  327.      * within the given waiting time and the 
  328.      * current thread has not been {@link Thread#interrupt interrupted}. 
  329.      * <p>Acquires a permit, if one is available and returns immediately, 
  330.      * with the value <tt>true</tt>, 
  331.      * reducing the number of available permits by one. 
  332.      * <p>If no permit is available then 
  333.      * the current thread becomes disabled for thread scheduling 
  334.      * purposes and lies dormant until one of three things happens: 
  335.      * [list] 
  336.      * <li>Some other thread invokes the {@link #release} method for this 
  337.      * semaphore and the current thread is next to be assigned a permit; or 
  338.      * <li>Some other thread {@link Thread#interrupt interrupts} the current 
  339.      * thread; or 
  340.      * <li>The specified waiting time elapses. 
  341.      * [/list] 
  342.      * <p>If a permit is acquired then the value <tt>true</tt> is returned. 
  343.      * <p>If the current thread: 
  344.      * [list] 
  345.      * <li>has its interrupted status set on entry to this method; or 
  346.      * <li>is {@link Thread#interrupt interrupted} while waiting to acquire 
  347.      * a permit, 
  348.      * [/list] 
  349.      * then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's 
  350.      * interrupted status is cleared. 
  351.      * <p>If the specified waiting time elapses then the value <tt>false</tt> 
  352.      * is returned. 
  353.      * If the time is less than or equal to zero, the method will not wait  
  354.      * at all. 
  355.      * 
  356.      * @param timeout the maximum time to wait for a permit 
  357.      * @param unit the time unit of the <tt>timeout</tt> argument. 
  358.      * @return <tt>true</tt> if a permit was acquired and <tt>false</tt> 
  359.      * if the waiting time elapsed before a permit was acquired. 
  360.      * 
  361.      * @throws InterruptedException if the current thread is interrupted 
  362.      * 
  363.      * @see Thread#interrupt 
  364.      * 
  365.      */  
  366.     public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)   
  367.         throws InterruptedException {  
  368.         return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));  
  369.     }  
  370.   
  371.     /** 
  372.      * Releases a permit, returning it to the semaphore. 
  373.      * <p>Releases a permit, increasing the number of available permits 
  374.      * by one. 
  375.      * If any threads are trying to acquire a permit, then one 
  376.      * is selected and given the permit that was just released. 
  377.      * That thread is (re)enabled for thread scheduling purposes. 
  378.      * <p>There is no requirement that a thread that releases a permit must 
  379.      * have acquired that permit by calling {@link #acquire}. 
  380.      * Correct usage of a semaphore is established by programming convention 
  381.      * in the application. 
  382.      */  
  383.     public void release() {  
  384.         sync.releaseShared(1);  
  385.     }  
  386.          
  387.     /** 
  388.      * Acquires the given number of permits from this semaphore,  
  389.      * blocking until all are available,  
  390.      * or the thread is {@link Thread#interrupt interrupted}. 
  391.      * 
  392.      * <p>Acquires the given number of permits, if they are available, 
  393.      * and returns immediately, 
  394.      * reducing the number of available permits by the given amount. 
  395.      * 
  396.      * <p>If insufficient permits are available then the current thread becomes 
  397.      * disabled for thread scheduling purposes and lies dormant until 
  398.      * one of two things happens: 
  399.      * [list] 
  400.      * <li>Some other thread invokes one of the {@link #release() release}  
  401.      * methods for this semaphore, the current thread is next to be assigned 
  402.      * permits and the number of available permits satisfies this request; or 
  403.      * <li>Some other thread {@link Thread#interrupt interrupts} the current 
  404.      * thread. 
  405.      * [/list] 
  406.      * 
  407.      * <p>If the current thread: 
  408.      * [list] 
  409.      * <li>has its interrupted status set on entry to this method; or 
  410.      * <li>is {@link Thread#interrupt interrupted} while waiting 
  411.      * for a permit, 
  412.      * [/list] 
  413.      * then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's 
  414.      * interrupted status is cleared.  
  415.      * Any permits that were to be assigned to this thread are instead  
  416.      * assigned to other threads trying to acquire permits, as if 
  417.      * permits had been made available by a call to {@link #release()}. 
  418.      * 
  419.      * @param permits the number of permits to acquire 
  420.      * 
  421.      * @throws InterruptedException if the current thread is interrupted 
  422.      * @throws IllegalArgumentException if permits less than zero. 
  423.      * 
  424.      * @see Thread#interrupt 
  425.      */  
  426.     public void acquire(int permits) throws InterruptedException {  
  427.         if (permits < 0throw new IllegalArgumentException();  
  428.         sync.acquireSharedInterruptibly(permits);  
  429.     }  
  430.   
  431.     /** 
  432.      * Acquires the given number of permits from this semaphore,  
  433.      * blocking until all are available. 
  434.      * 
  435.      * <p>Acquires the given number of permits, if they are available, 
  436.      * and returns immediately, 
  437.      * reducing the number of available permits by the given amount. 
  438.      * 
  439.      * <p>If insufficient permits are available then the current thread becomes 
  440.      * disabled for thread scheduling purposes and lies dormant until 
  441.      * some other thread invokes one of the {@link #release() release}  
  442.      * methods for this semaphore, the current thread is next to be assigned 
  443.      * permits and the number of available permits satisfies this request. 
  444.      * 
  445.      * <p>If the current thread 
  446.      * is {@link Thread#interrupt interrupted} while waiting 
  447.      * for permits then it will continue to wait and its position in the 
  448.      * queue is not affected. When the 
  449.      * thread does return from this method its interrupt status will be set. 
  450.      * 
  451.      * @param permits the number of permits to acquire 
  452.      * @throws IllegalArgumentException if permits less than zero. 
  453.      * 
  454.      */  
  455.     public void acquireUninterruptibly(int permits) {  
  456.         if (permits < 0throw new IllegalArgumentException();  
  457.         sync.acquireShared(permits);  
  458.     }  
  459.   
  460.     /** 
  461.      * Acquires the given number of permits from this semaphore, only 
  462.      * if all are available at the time of invocation. 
  463.      * 
  464.      * <p>Acquires the given number of permits, if they are available, and  
  465.      * returns immediately, with the value <tt>true</tt>, 
  466.      * reducing the number of available permits by the given amount. 
  467.      * 
  468.      * <p>If insufficient permits are available then this method will return 
  469.      * immediately with the value <tt>false</tt> and the number of available 
  470.      * permits is unchanged. 
  471.      * 
  472.      * <p>Even when this semaphore has been set to use a fair ordering 
  473.      * policy, a call to <tt>tryAcquire</tt> [i]will[/i] 
  474.      * immediately acquire a permit if one is available, whether or 
  475.      * not other threads are currently waiting.  This 
  476.      * "barging" behavior can be useful in certain 
  477.      * circumstances, even though it breaks fairness. If you want to 
  478.      * honor the fairness setting, then use {@link #tryAcquire(int, 
  479.      * long, TimeUnit) tryAcquire(permits, 0, TimeUnit.SECONDS) } 
  480.      * which is almost equivalent (it also detects interruption). 
  481.      * 
  482.      * @param permits the number of permits to acquire 
  483.      * 
  484.      * @return <tt>true</tt> if the permits were acquired and <tt>false</tt> 
  485.      * otherwise. 
  486.      * @throws IllegalArgumentException if permits less than zero. 
  487.      */  
  488.     public boolean tryAcquire(int permits) {  
  489.         if (permits < 0throw new IllegalArgumentException();  
  490.         return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;  
  491.     }  
  492.   
  493.     /** 
  494.      * Acquires the given number of permits from this semaphore, if all  
  495.      * become available within the given waiting time and the 
  496.      * current thread has not been {@link Thread#interrupt interrupted}. 
  497.      * <p>Acquires the given number of permits, if they are available and  
  498.      * returns immediately, with the value <tt>true</tt>, 
  499.      * reducing the number of available permits by the given amount. 
  500.      * <p>If insufficient permits are available then 
  501.      * the current thread becomes disabled for thread scheduling 
  502.      * purposes and lies dormant until one of three things happens: 
  503.      * [list] 
  504.      * <li>Some other thread invokes one of the {@link #release() release}  
  505.      * methods for this semaphore, the current thread is next to be assigned 
  506.      * permits and the number of available permits satisfies this request; or 
  507.      * <li>Some other thread {@link Thread#interrupt interrupts} the current 
  508.      * thread; or 
  509.      * <li>The specified waiting time elapses. 
  510.      * [/list] 
  511.      * <p>If the permits are acquired then the value <tt>true</tt> is returned. 
  512.      * <p>If the current thread: 
  513.      * [list] 
  514.      * <li>has its interrupted status set on entry to this method; or 
  515.      * <li>is {@link Thread#interrupt interrupted} while waiting to acquire 
  516.      * the permits, 
  517.      * [/list] 
  518.      * then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's 
  519.      * interrupted status is cleared. 
  520.      * Any permits that were to be assigned to this thread, are instead  
  521.      * assigned to other threads trying to acquire permits, as if 
  522.      * the permits had been made available by a call to {@link #release()}. 
  523.      * 
  524.      * <p>If the specified waiting time elapses then the value <tt>false</tt> 
  525.      * is returned. 
  526.      * If the time is 
  527.      * less than or equal to zero, the method will not wait at all. 
  528.      * Any permits that were to be assigned to this thread, are instead  
  529.      * assigned to other threads trying to acquire permits, as if 
  530.      * the permits had been made available by a call to {@link #release()}. 
  531.      * 
  532.      * @param permits the number of permits to acquire 
  533.      * @param timeout the maximum time to wait for the permits 
  534.      * @param unit the time unit of the <tt>timeout</tt> argument. 
  535.      * @return <tt>true</tt> if all permits were acquired and <tt>false</tt> 
  536.      * if the waiting time elapsed before all permits were acquired. 
  537.      * 
  538.      * @throws InterruptedException if the current thread is interrupted 
  539.      * @throws IllegalArgumentException if permits less than zero. 
  540.      * 
  541.      * @see Thread#interrupt 
  542.      * 
  543.      */  
  544.     public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)  
  545.         throws InterruptedException {  
  546.         if (permits < 0throw new IllegalArgumentException();  
  547.         return sync.tryAcquireSharedNanos(permits, unit.toNanos(timeout));  
  548.     }  
  549.   
  550.     /** 
  551.      * Releases the given number of permits, returning them to the semaphore. 
  552.      * <p>Releases the given number of permits, increasing the number of  
  553.      * available permits by that amount. 
  554.      * If any threads are trying to acquire permits, then one 
  555.      * is selected and given the permits that were just released. 
  556.      * If the number of available permits satisfies that thread's request 
  557.      * then that thread is (re)enabled for thread scheduling purposes; 
  558.      * otherwise the thread will wait until sufficient permits are available. 
  559.      * If there are still permits available 
  560.      * after this thread's request has been satisfied, then those permits 
  561.      * are assigned in turn to other threads trying to acquire permits. 
  562.      * 
  563.      * <p>There is no requirement that a thread that releases a permit must 
  564.      * have acquired that permit by calling {@link Semaphore#acquire acquire}. 
  565.      * Correct usage of a semaphore is established by programming convention 
  566.      * in the application. 
  567.      * 
  568.      * @param permits the number of permits to release 
  569.      * @throws IllegalArgumentException if permits less than zero. 
  570.      */  
  571.     public void release(int permits) {  
  572.         if (permits < 0throw new IllegalArgumentException();  
  573.         sync.releaseShared(permits);  
  574.     }  
  575.   
  576.     /** 
  577.      * Returns the current number of permits available in this semaphore. 
  578.      * <p>This method is typically used for debugging and testing purposes. 
  579.      * @return the number of permits available in this semaphore. 
  580.      */  
  581.     public int availablePermits() {  
  582.         return sync.getPermits();  
  583.     }  
  584.   
  585.     /** 
  586.      * Acquire and return all permits that are immediately available. 
  587.      * @return the number of permits  
  588.      */  
  589.     public int drainPermits() {  
  590.         return sync.drainPermits();  
  591.     }  
  592.   
  593.     /** 
  594.      * Shrinks the number of available permits by the indicated 
  595.      * reduction. This method can be useful in subclasses that use 
  596.      * semaphores to track resources that become unavailable. This 
  597.      * method differs from <tt>acquire</tt> in that it does not block 
  598.      * waiting for permits to become available. 
  599.      * @param reduction the number of permits to remove 
  600.      * @throws IllegalArgumentException if reduction is negative 
  601.      */  
  602.     protected void reducePermits(int reduction) {  
  603.     if (reduction < 0throw new IllegalArgumentException();  
  604.         sync.reducePermits(reduction);  
  605.     }  
  606.   
  607.     /** 
  608.      * Returns true if this semaphore has fairness set true. 
  609.      * @return true if this semaphore has fairness set true. 
  610.      */  
  611.     public boolean isFair() {  
  612.         return sync instanceof FairSync;  
  613.     }  
  614.   
  615.     /** 
  616.      * Queries whether any threads are waiting to acquire. Note that 
  617.      * because cancellations may occur at any time, a <tt>true</tt> 
  618.      * return does not guarantee that any other thread will ever 
  619.      * acquire.  This method is designed primarily for use in 
  620.      * monitoring of the system state. 
  621.      * 
  622.      * @return true if there may be other threads waiting to acquire 
  623.      * the lock. 
  624.      */  
  625.     public final boolean hasQueuedThreads() {   
  626.         return sync.hasQueuedThreads();  
  627.     }  
  628.   
  629.     /** 
  630.      * Returns an estimate of the number of threads waiting to 
  631.      * acquire.  The value is only an estimate because the number of 
  632.      * threads may change dynamically while this method traverses 
  633.      * internal data structures.  This method is designed for use in 
  634.      * monitoring of the system state, not for synchronization 
  635.      * control. 
  636.      * @return the estimated number of threads waiting for this lock 
  637.      */  
  638.     public final int getQueueLength() {  
  639.         return sync.getQueueLength();  
  640.     }  
  641.   
  642.     /** 
  643.      * Returns a collection containing threads that may be waiting to 
  644.      * acquire.  Because the actual set of threads may change 
  645.      * dynamically while constructing this result, the returned 
  646.      * collection is only a best-effort estimate.  The elements of the 
  647.      * returned collection are in no particular order.  This method is 
  648.      * designed to facilitate construction of subclasses that provide 
  649.      * more extensive monitoring facilities. 
  650.      * @return the collection of threads 
  651.      */  
  652.     protected Collection<Thread> getQueuedThreads() {  
  653.         return sync.getQueuedThreads();  
  654.     }  
  655.   
  656.     /** 
  657.      * Returns a string identifying this semaphore, as well as its state. 
  658.      * The state, in brackets, includes the String  
  659.      * "Permits =" followed by the number of permits. 
  660.      * @return a string identifying this semaphore, as well as its 
  661.      * state 
  662.      */  
  663.     public String toString() {  
  664.         return super.toString() + "[Permits = " + sync.getPermits() + "]";  
  665.     }  
  666.   
  667. }  



2. Semaphore工具类的使用案例 

本文给出的一个示例模拟30辆车去泊车,而车位有10个的场景. 当车位满时,出来一辆车,才能有一辆车进入停车. 

Java代码  收藏代码
  1. package my.concurrent.semaphore;  
  2.   
  3. import java.util.concurrent.Semaphore;  
  4.   
  5. public class Car implements Runnable {  
  6.   
  7.     private final Semaphore parkingSlot;  
  8.   
  9.     private int carNo;  
  10.   
  11.     /** 
  12.      * @param parkingSlot 
  13.      * @param carName 
  14.      */  
  15.     public Car(Semaphore parkingSlot, int carNo) {  
  16.         this.parkingSlot = parkingSlot;  
  17.         this.carNo = carNo;  
  18.     }  
  19.   
  20.     public void run() {  
  21.   
  22.         try {  
  23.             parkingSlot.acquire();  
  24.             parking();  
  25.             sleep(300);  
  26.             parkingSlot.release();  
  27.             leaving();  
  28.   
  29.         } catch (InterruptedException e) {  
  30.             // TODO Auto-generated catch block  
  31.             e.printStackTrace();  
  32.         }  
  33.   
  34.     }  
  35.   
  36.     private void parking() {  
  37.         System.out.println(String.format("%d号车泊车", carNo));  
  38.     }  
  39.   
  40.     private void leaving() {  
  41.         System.out.println(String.format("%d号车离开车位", carNo));  
  42.     }  
  43.   
  44.     private static void sleep(long millis) {  
  45.         try {  
  46.             Thread.sleep(millis);  
  47.         } catch (InterruptedException e) {  
  48.             // TODO Auto-generated catch block  
  49.             e.printStackTrace();  
  50.   
  51.         }  
  52.     }  
  53.   
  54. }  



Java代码  收藏代码
  1. package my.concurrent.semaphore;  
  2.   
  3. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
  4. import java.util.concurrent.Executors;  
  5. import java.util.concurrent.Semaphore;  
  6.   
  7. public class ParkingCars {  
  8.   
  9.     private static final int NUMBER_OF_CARS = 30;  
  10.   
  11.     private static final int NUMBER_OF_PARKING_SLOT = 10;  
  12.   
  13.     public static void main(String[] args) {  
  14.   
  15.         /* 
  16.          * 采用FIFO, 设置true 
  17.          */  
  18.         Semaphore parkingSlot = new Semaphore(NUMBER_OF_PARKING_SLOT, true);  
  19.   
  20.         ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();  
  21.   
  22.         for (int carNo = 1; carNo <= NUMBER_OF_CARS; carNo++) {  
  23.             service.execute(new Car(parkingSlot, carNo));  
  24.         }  
  25.   
  26.         sleep(3000);  
  27.   
  28.         service.shutdown();  
  29.   
  30.         /* 
  31.          * 输出还有几个可以用的资源数 
  32.          */  
  33.         System.out.println(parkingSlot.availablePermits() + " 个停车位可以用!");  
  34.     }  
  35.   
  36.     private static void sleep(long millis) {  
  37.         try {  
  38.             Thread.sleep(millis);  
  39.         } catch (InterruptedException e) {  
  40.             // TODO Auto-generated catch block  
  41.             e.printStackTrace();  
  42.         }  
  43.     }  
  44.   
  45. }  



一次运行的结果如下: 
1号车泊车 
4号车泊车 
9号车泊车 
2号车泊车 
8号车泊车 
10号车泊车 
3号车泊车 
12号车泊车 
14号车泊车 
6号车泊车 
2号车离开车位 
4号车离开车位 
6号车离开车位 
1号车离开车位 
9号车离开车位 
3号车离开车位 
5号车泊车 
8号车离开车位 
10号车离开车位 
11号车泊车 
7号车泊车 
12号车离开车位 
13号车泊车 
14号车离开车位 
16号车泊车 
17号车泊车 
20号车泊车 
19号车泊车 
18号车泊车 
15号车泊车 
5号车离开车位 
20号车离开车位 
18号车离开车位 
22号车泊车 
11号车离开车位 
7号车离开车位 
13号车离开车位 
15号车离开车位 
21号车泊车 
26号车泊车 
23号车泊车 
28号车泊车 
25号车泊车 
16号车离开车位 
27号车泊车 
17号车离开车位 
30号车泊车 
24号车泊车 
29号车泊车 
19号车离开车位 
25号车离开车位 
24号车离开车位 
22号车离开车位 
26号车离开车位 
28号车离开车位 
30号车离开车位 
21号车离开车位 
23号车离开车位 
27号车离开车位 
29号车离开车位 
10 个停车位可以用! 


3. Semaphore vs. CountDownLatch 

相同点:   
    两者都是用于线程同步的工具类,都通过定义了一个继承AbstractQueuedSynchronizer的内部类Sync来实现具体的功能. 

不同点: 
1.  Semaphore提供了公平和非公平两种策略, 而CountDownLatch则不具备. 
2.  CountDownLatch: 一个或者是一部分线程,等待另外一部线程都完成操作。 
     Semaphorr: 维护一个许可集.通常用于限制可以访问某些资源(物理或逻辑的)的线程数目. 

3. CountDownLatch中计数是不能被重置的。CountDownLatch适用于一次同步。当使用CountDownLatch时,任何线程允许多次调用countDown(). 那些调用了await()方法的线程将被阻塞,直到那些没有被阻塞线程调用countDown()使计数到达0为止 
。 
Semaphore允许线程获取许可, 未获得许可的线程需要等待.这样防止了在同一时间有太多的线程执行.Semaphore的值被获取到后是可以释放的,并不像CountDownLatch那样一直减到0。 

4. 使用CountDownLatch时,它关注的一个线程或者多个线程需要在其它在一组线程完成操作之后,在去做一些事情。比如:服务的启动等。使用Semaphore时,它关注的是某一个资源最多同时能被几个线程访问. 

分享到:
评论

相关推荐

    Java并发编程:设计原则与模式(第二版)-3

    2. **并发控制**:Java提供了多种并发控制机制,如synchronized关键字、volatile变量、java.util.concurrent包下的锁和同步工具类(如ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier)。这些机制用于解决...

    java并发编程:设计原则与模式.rar

    Java并发工具类库(java.util.concurrent)是并发编程中的另一个重要主题,包括Atomic类(提供原子操作)、Semaphore(信号量)、CountDownLatch(计数器门锁)、CyclicBarrier(循环栅栏)和Exchanger(交换器)等...

    Java并发编程:设计原则与模式(第二版)-3PDF

    《Java并发编程:设计原则与模式(第二版)》是一本深入探讨Java平台上的多线程和并发编程的权威著作。这本书旨在帮助开发者理解和掌握如何有效地编写可扩展且高效的并发程序。以下是书中涵盖的一些关键知识点: 1....

    Java并发编程:设计原则与模式2中文版

    《Java并发编程:设计原则与模式2中文版》是一本深度探讨Java开发中并发编程的专著,旨在帮助开发者理解和掌握在多线程环境下编写高效、安全、可维护的代码。这本书涵盖了Java并发编程的核心概念、最佳实践以及常用...

    Java 并发编程:设计原则与模式

    5. **读写锁模式**:允许多个读取者同时访问资源,但限制写入者独占资源。ReentrantReadWriteLock提供了这种功能。 6. **线程局部变量(ThreadLocal)**:为每个线程提供独立的变量副本,避免共享状态引起的并发...

    一本经典的多线程书籍 Java并发编程 设计原则与模式 第二版 (英文原版)

    5. **原子类与并发工具类**:介绍了java.util.concurrent.atomic包中的原子类,如AtomicInteger、AtomicLong等,以及Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier等并发工具类的使用场景和最佳实践。 6. **线程通信**...

    java并发编程实战源码,java并发编程实战pdf,Java

    4. **线程池**:Java的Executor框架提供了一种管理线程的方式,通过ThreadPoolExecutor可以创建线程池,有效控制并发线程的数量,避免系统资源的过度消耗。 5. **并发集合**:Java的并发集合类库,如...

    《java 并发编程实战高清PDF版》

    其中包括`Semaphore`(信号量)用于限制同时访问特定资源的线程数量,`CountDownLatch`(倒计时器)用于一次性阻塞多个线程,直到某个事件发生,以及`CyclicBarrier`(循环栅栏)让一组线程等待其他线程到达特定点后...

    《Java并发编程:设计原则与模式(第二版)》

    《Java并发编程:设计原则与模式(第二版)》是一本深入探讨Java多线程编程技术的权威著作。这本书详细阐述了如何在Java环境中高效、安全地进行并发编程,涵盖了多线程设计的关键原则和常见模式。对于Java开发者来说...

    Java 并发编程实战.pdf

    《Java并发编程实战》这本书是关于Java语言中并发编程技术的经典著作。它详细介绍了如何在Java环境中有效地实现多线程程序和并发控制机制。在Java平台上,由于其本身提供了强大的并发编程支持,因此,掌握并发编程...

    java并发编程2

    以上知识点覆盖了Java并发编程的主要方面,包括线程管理、同步机制、并发工具、设计模式、并发集合以及并发编程的最佳实践等,是理解和掌握Java并发编程的关键。在实际开发中,理解和熟练运用这些知识可以编写出高效...

    Java并发编程的设计原则与模式

    3. **Semaphore**:信号量,用于限制同时访问特定资源的线程数量。 4. **ExecutorService**:线程池服务,管理线程的生命周期,可以提交任务并控制并发级别。 五、并发编程最佳实践 1. **避免共享可变状态**:尽...

    java 并发编程的艺术pdf清晰完整版 源码

    4. **线程池**:Java的Executor框架是管理线程的重要工具,书中会详细介绍ThreadPoolExecutor的工作原理,以及如何配置和使用线程池来优化并发性能。 5. **并发设计模式**:书中可能会介绍一些常见的并发设计模式,...

    JAVA并发编程艺术pdf版

    - **Executor框架**:Java提供的线程池实现,通过ThreadPoolExecutor配置线程池参数,优化系统资源利用。 - **Executors工厂方法**:如newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor、newWorkStealingPool等,用于...

    Java并发编程-3.pdf

    Semaphore 的构造函数接受一个整数参数,表示允许访问资源的线程数量。在上面的代码中,我们创建了一个 Semaphore 对象,初始值为 10,然后启动多个线程,每个线程都尝试获取Semaphore,直到所有线程都获取到...

    Java并发编程_设计原则和模式(CHM)

    理解Java内存模型(JMM)对于理解并发编程中的可见性和有序性问题至关重要,它定义了线程如何共享和访问内存。 以上就是“Java并发编程_设计原则和模式”主题涵盖的主要知识点。通过深入学习这些内容,开发者可以更...

    java并发编程艺术

    在Java中,同步是控制多个线程访问共享资源的方式,主要通过`synchronized`关键字和`wait()`, `notify()`, `notifyAll()`方法实现。书中的内容可能会涵盖如何使用这些机制来确保数据的一致性和完整性。 锁机制是...

    Java并发编程实践高清pdf及源码

    2. **同步控制**:Java中的`synchronized`关键字用于控制对共享资源的访问,它可以修饰方法或代码块,确保同一时间只有一个线程能执行特定的代码。此外,`ReentrantLock`类提供了更细粒度的锁控制。 3. **并发容器*...

    java并发编程与实践

    3. **并发工具类**:Java并发包(java.util.concurrent)包含了许多工具类,如Semaphore(信号量)、CyclicBarrier(回环屏障)、CountDownLatch(计数器门锁)和ThreadPoolExecutor(线程池)。这些工具可以帮助...

    《java并发编程的核心方法和框架》

    - **ExecutorService**:Java并发框架中的核心组件,用于管理线程池,提高线程复用率。 - **Future和Callable**:`Future`接口代表异步计算的结果,`Callable`接口定义了计算任务,可以返回结果。 - **Semaphore*...

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics