多线程同步【5】之Semaphore

老子说过，“天下大事必做于细，天下难事必做于易”。人要想有所作为，首先得从细微之处入手，从简单的事情做起。中国前国家队足球教练米卢也曾经说过：“态度决定一切。”，“态度决定一切，细节决定成败”确实是至理名言，在生活中、工作中，学习中，为人处事，都应该端正态度，注重细节，从小事做起，从身边做起。我们只有树立正确的态度，做好了细节，并且坚持下来，才容易成功。

继续总结多线程同步常用的方法或者类，之前介绍了CountDownLatch，CyclicBarriar和Exchanger和Phaser，这次介绍一个比较有名的类--Semaphore，大多数人看到它都不会陌生，但是要问怎么正确的使用它，很多人却回答不上来。

Semaphore--信号量
Semaphore的一个特别典型的应用场景是：线程执行是需要耗费CPU的时间片的，并且占用CPU的资源，例如上下文切换，如果不对线程数量进行控制，CPU工作时同时并发的线程数量可能会非常多，这样就会导致每个线程运行起来非常的缓慢，严重影响到系统的执行效率，它的工作效率将大幅下降。因此，此时我们就可以用信号量来进行控制，从而让CPU能够发挥出最大的效率。

1、定义

Semaphore中文翻译为信号量，它用来控制同时访问特定资源的线程数量，通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。在创建Semaphore时会设置令牌，这里的令牌就可以看做允许访问特定资源的线程数量，通过设置它来控制线程数量，这个令牌可能是1，也可能是大于1的任意数字。哪个线程拿到(acquire)了令牌，它就可以去执行了，如果没有令牌则需要等待。 线程执行完毕，一定要归还(release)令牌，否则令牌会被用光，别的线程就无法获得令牌而只能永久等待。

可以这样形象的来理解，
Semaphore对应的功能就类似于公司只有一个厕所，而厕所里仅仅有3个茅坑，如果这时候有10个人都要想上厕所，那么显而易见同时只能有3个人能够占用这些茅坑，其他7个人只能在厕所门口等待，当有人从厕所出来后，才能再进入一个人。

2、常用方法

Semaphore的方法比较多， 我们只介绍一些最常用的方法，有兴趣想深入学习的可以去找相关资料再深入学习。

● Semaphore(int permits)
新建一个Semaphore对象，参数permits是初始化设置许可的数量，即令牌的数量。它表示最多允许permits个线程执行acquire()与release()之间的代码。

● Semaphore(int permits, boolean fair)
新建一个Semaphore对象，参数permits是初始化设置许可的数量，即令牌的数量。参数fair表明创建的Semaphore对象是公平信号量（fair为true）还是非公平信号量（fair为false）。所谓公平信号量表明获得锁的顺序与线程启动的顺序有关，启动早的线程优先获得令牌，但并不代表100%的能够获得信号量，仅仅是在概率上能够优先获得。而非公平信号量就是和公平无关的，线程无论谁先启动，这个参数都无效。

● acquire(int permits)
每调用一次该方法，则消耗permits个许可。

● acquire()
每调用一次该方法，则消耗一个许可。

● release()
每调用一次该方法，相当于许可加1。

● release(int permits)
每调用一次该方法，相当于加上permits个许可。在实际开发中，acquire()与release()成对出现，以保证每个线程用时消耗，用完释放。

● acquireUninterruptibly()
使得等待进入acquile()方法的线程不允许被中断。

● acquireUninterruptibly(int permits)
使得等待进入acquile()方法的线程不允许被中断，且获得锁后，将消耗permits个许可。

● availablePermits()
返回此Semaphore对象当前可用的许可数，此方法通常用于调试，因为许可的数量有可能在实时改变，并不是固定的数量。

● drainPermits()
返回此Semaphore对象当前可用的许可数，并将可用许可清零。

3、演示代码

public class TestSemaphore {
   public static void main(String[] args) {

      // 线程池
      ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

      // 只能3个茅坑同时使用
      final Semaphore semp = new Semaphore(3);

      // 模拟10个人同时访问厕所
      for (int index = 0; index < 10; index++) {
         final int NO = index;

         Runnable run = new Runnable() {
            public void run() {
               try {
                  // 获取空余的茅坑
                  semp.acquire();
                  System.out.println("get a noun: " + NO);
                  Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));

                  //使用完后，释放茅坑
                  semp.release();
                  System.out.println("release,availablePermits : "+semp.availablePermits());
               } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
               }
            }
         };
         exec.execute(run);
      }
      // 线程池退出
      exec.shutdown();
   }
}

执行结果如下：

get a noun: 0

get a noun: 2

get a noun: 1

release,availablePermits : 0

get a noun: 9

release,availablePermits : 1

get a noun: 8

release,availablePermits : 1

get a noun: 6

release,availablePermits : 1

get a noun: 4

release,availablePermits : 1

get a noun: 3

release,availablePermits : 1

get a noun: 5

release,availablePermits : 1

get a noun: 7

release,availablePermits : 1

4、总结

说实话，本司机开发了十几年程序了，Semaphore使用的情况还真的是很少，可以说几乎没有，但是这也不妨碍我们学习它，对它进行了解，说不定哪天就遇到了使用它的场景，到时我们能够立即想到用它来解决就OK了。另一方面学习它也扩展了我们的知识面，不至于在别人谈论时，我们还不知道它是一个什么东东。

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