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java多线程系列:Semaphore和Exchanger

本篇文章将介绍Semaphore和Exchanger这两个并发工具类。

Semaphore

信号量(英语:Semaphore)又称为信号标,是一个同步对象,用于保持在0至指定最大值之间的一个计数值。当线程完成一次对该semaphore对象的等待(wait)时,该计数值减一;当线程完成一次对semaphore对象的释放(release)时,计数值加一。当计数值为0,则线程等待该semaphore对象不再能成功直至该semaphore对象变成signaled状态。semaphore对象的计数值大于0,为signaled状态;计数值等于0,为nonsignaled状态.

semaphore对象适用于控制一个仅支持有限个用户的共享资源,是一种不需要使用忙碌等待(busy waiting)的方法。 ----取自维基百科

Semaphore思想在分布式中也有应用,分布式限流就是典型的案例。现在举个小例子来使用Semaphore

案例

在等公交时,遇到人多的时候经常需要排队或者挤进去。

解决方案

利用Semaphore初始化5个许可,每次只能有5个玩家进入,当有玩家退出时,其他玩家才能进入。

先介绍下Semaphore的构造函数和一些方法吧。

Semaphore构造函数

public Semaphore(int permits);public Semaphore(int permits, boolean fair);

第一个参数permits表示初始化的许可数量,第二个参数表示是否是公平的。

使用Semaphore(int permits)构造函数时,默认使用非公平的

Semaphore常用方法

public void acquire();public void release();

acquire方法取得许可,release方法表示释放许可。

注:如果多次调用release方法,会增加许可。例如,初始化许可为0,这时调用了两个release方法,Semaphore的许可便会变成2

这两个是最常用的方法,其他的还有acquire相关的方法tryAcquire和acquireUninterruptibly这里就不介绍了。

代码

玩家类

定义一个实现Runnable接口的玩家类

public class Player implements Runnable{ private String playerName; private Semaphore semaphore; public Player(String playerName, Semaphore semaphore) { this.playerName = playerName; this.semaphore = semaphore; } @Override public void run() { try { semaphore.acquire(); System.out.println(playerName+"进入,时间:"+LocalTime.now()); Thread.sleep((long) (3000 * Math.random())); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { System.out.println(playerName+"退出"); semaphore.release(); } }}

通过构造函数Player传入玩家名称和Semaphore对象,run方法中先调用acquire方法取得许可,然后睡眠随机时间,最后在finally中调用release方法释放许可。

测试类

先来使用非公平的看看效果,使用非公平的就好比平时的挤公交,谁先在车门口谁先进。如下图(来源于网络)

现在来看看测试代码

public static void main(String[] args) throws IOException { Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //Semaphore semaphore = new Semaphore(5,true); ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool(); //模拟100个玩家排队 for (int i = 0; i < 100; i++) { service.submit(new Player("玩家"+i,semaphore)); } //关闭线程池 service.shutdown(); //判断线程池是否中断,没有则循环查看当前排队总人数 while (!service.isTerminated()){ System.out.println("当前排队总人数:"+semaphore.getQueueLength()); try { Thread.sleep(5000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }}

如果要切换成公平方式只需将上面初始化Semaphore改为下面的代码即可

Semaphore semaphore = new Semaphore(5,true);

Exchanger

Exchanger主要用于线程间的数据交换。 它提供了一个同步点在这个同步点,两个线程可以交换数据

这里写了个两个线程互相交换数据的简单例子,下面ExchangerRunnable在run方法中调用exchange方法将自己的数据传过去。

public class ExchangerRunnable implements Runnable { private Object data; private String name; private Exchanger exchanger; public ExchangerRunnable(String name, Exchanger exchanger, Object data) { this.exchanger = exchanger; this.name = name; this.data = data; } public void run() { try { Object previous = this.data; this.data = this.exchanger.exchange(previous); System.out.println("名称:" + name + " 之前数据:" + previous + " ,交换之后数据:" + this.data); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }}

接下来看看测试代码

public class Case { private static final Exchanger exchanger = new Exchanger(); private static ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2); public static void main(String[] args) { service.submit(new ExchangerRunnable("1", exchanger, "A")); service.submit(new ExchangerRunnable("2", exchanger, "B")); service.shutdown(); }}

定义了只包含两个线程的线程池,然后创建提交两个ExchangerRunnable的类

    线程名称为1的原始数据时A线程名称为2的原始数据时B

运行测试代码,会得到如下结果

名称:2 之前数据:B ,交换之后数据:A名称:1 之前数据:A ,交换之后数据:B

案例源代码地址:https://github.com/rainbowda/learnWay/tree/master/learnConcurrency/src/main/java/com/learnConcurrency/utils

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欢迎阅读本文章: 李倩琳

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