【java并发工具类-协作】-Semaphore限流器

Semaphore(英文读：sem破)限流器

1.信号量模型

信号量模型简单地概括为：一个计数器，一个等待队列，三个原子操作方法，init()，up()，down()。
这三个方法的语义具体如下：

• init()：设置计数器的初始值。
• down()：计数器的值 -1。如果-1后此时计数器的值<0，当前线程被阻塞，放入等待队列中，否则当前线程可以继续执行。
• up（）：计数器的值 +1。如果+1后此时计数器的值<=0，唤醒等待队列中的一个线程，并将其从等待队列中移除。否则直接执行当前线程。
  

2.使用信号量Semaphore实现互斥

static int count;
static final Semaphore s  = new Semaphore(1);//初始化信号量
//用信号量保证互斥    
static void addOne() {
  s.acquire();//原子操作down()方法
  try {
    count+=1;
  } finally {
    s.release();//原子操作up()方法	
  }
}

假设线程T1和线程T2同时访问addOne方法，当它们同时调用acquire方法，因为acquire是原子方法，所以只能一个线程（假设T1）把信号量的计数器-1=0，线程T2把信号量计数器-1= -1，对于线程T1计数器没有小于0，所以直接执行，对于线程T2计数器小于0，当前线程被阻塞，放到等待队列中。
当线程T1执行release方法时，也就是up方法，当前计数器是-1然后+1=0，就会从等待队列中唤醒线程T2，T2才有机会执行临界区（try{}）的的机会,这样就能保证互斥性。

3.快速实现一个限流器

上面我们用限流器实现了互斥锁功能，当然它还有更重要的功能：Semaphore允许多个线程访问一个临界区。

现实生活中，还有这种需求呢？ 有！就是各种池化资源，连接池，对象池，线程池等，就比如数据库连接池，在同一时刻，允许多个线程同时使用连接池，当然！在一个连接在被释放之前，不能被其他线程使用。

快速实现一个对象池的限流器。（所谓对象池，就是一次性创建出N个对象，之后所有的线程重复利用这些对象，当然对象被释放之前其他线程是不能获取的）

解决方法呢？其实你也想到了就是信号量模式，我们只要把初始化的计数器为1改成N即可。下面就是对象池的实例代码。

class ObjPool<T, R> {
  final List<T> pool;
  // 用信号量实现限流器
  final Semaphore sem;
  // 构造函数
  ObjPool(int size, T t){
    pool = new Vector<T>(){};//这里要使用线程安全的容器，防止多个线程同时对list中的对象读写。
    for(int i=0; i<size; i++){
      pool.add(t);		//实际开发中这里我们要添加真实的每一个对象。
    }
    sem = new Semaphore(size);
  }
 //利用对象池的对象，调用func(就是调用exec方法，同时传入该方法一个外部实现的方法给这个方法，需要调用外部方法时，就apply即可)
  R exec(Function<T,R> func) {
    T t = null;
    sem.acquire();
    try {
      t = pool.remove(0);
      return func.apply(t);//这里执行t->中的{}方法体。
    } finally {
      pool.add(t);
      sem.release();
    }
  }
}
// 创建对象池
ObjPool<Long, String> pool =  new ObjPool<Long, String>(10, 2);
// 通过对象池获取t，之后执行  
pool.exec(t -> {
    System.out.println(t);
    return t.toString();
});