一個java同步工具類Semaphore的詳解

Semaphore是java併發包裡面的一個工具類，我們限制可以訪問某些資源的線程數目就可以使用Semaphore了。這篇文章將對Semaphore的概念和使用進行一個詳解。

一、概念理解

官方是這樣解釋的：

Semaphore用於限制可以訪問某些資源（物理或邏輯的）的線程數目，他維護了一個許可證集合，有多少資源需要限制就維護多少許可證集合，假如這裡有N個資源，那就對應於N個許可證，同一時刻也只能有N個線程訪問。一個線程獲取許可證就調用acquire方法，用完了釋放資源就調用release方法。

不過這樣的解釋實在有點抽象，現在用我自己的話來解釋一下：

相信在學生時代都去餐廳打過飯，假如有3個窗口可以打飯，同一時刻也只能有3名同學打飯。第四個人來了之後就必須在外面等著，只要有打飯的同學好了，就可以去相應的窗口了。

比如說這張圖，就全是了Semaphore的基本使用。認識一個知識點的最好方式就是直接去使用，我們乾脆直接上代碼來看看如何使用。

二、代碼使用

這個案例使用的就是我們之前的小例子，也就是去餐廳打飯的案例。

我們先看Test類：

在這個代碼中我們看到，主要是new了一個Semaphore，然後賦給每一位同學Student，接下來我們就來好好看看Student線程是如何實現的。

在這個Student類中我們最主要看run方法的實現，首先我們通過acquire獲取了當前窗口的許可，然後休眠3秒代表打飯，最後在finally使用release方法釋放這個窗口許可證。代碼很簡單，原理很清楚，我們測試一波：

這個結果你也看到了，基本上同一時刻只能有三個學生在窗口旁邊。

在這裡你可能有一個疑問了，Semaphore好像和synchronized關鍵字沒什麼區別，都可以實現同步，如果是這樣那說明我們還沒有真正理解jdk的註釋，他只是限制了訪問某些資源的線程數，其實並沒有實現同步，我們可以看一下：

現在我們在獲取許可前增加了一條輸出語句，也就是能打印出有哪個線程進入了，再去測試一波：

結果很清晰，所以對於Semaphore來說，我們需要記住的其實是資源的互斥而不是資源的同步，在同一時刻是無法保證同步的，但是卻可以保證資源的互斥。

三、其他方法

在上面我們使用最基本的acquire方法和release方法就可以實現Semaphore最常見的功能，不過其他方法還是需要我們去了解一下的。

1、acquire(int permits)

從此信號量獲取給定數目的許可，在提供這些許可前一直將線程阻塞，或者線程已被中斷。就好比是一個學生佔兩個窗口。這同時也對應了相應的release方法。

2、release(int permits)

釋放給定數目的許可，將其返回到信號量。這個是對應於上面的方法，一個學生佔幾個窗口完事之後還要釋放多少

3、availablePermits()

返回此信號量中當前可用的許可數。也就是返回當前還有多少個窗口可用。

4、reducePermits(int reduction)

根據指定的縮減量減小可用許可的數目。

5、hasQueuedThreads()

查詢是否有線程正在等待獲取資源。

6、getQueueLength()

返回正在等待獲取的線程的估計數目。該值僅是估計的數字。

7、tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)

如果在給定的等待時間內此信號量有可用的所有許可，並且當前線程未被中斷，則從此信號量獲取給定數目的許可。

8、acquireUninterruptibly(int permits)

從此信號量獲取給定數目的許可，在提供這些許可前一直將線程阻塞。

基本上常見的使用方法都在這，Semaphore底層是由AQS和Uasafe完成的，篇幅問題在這裡不贅述了。感謝各位支持。