java线程并发之信号量（Semaphore）

前面说到过锁和synchronized,现在说的同步机制信号量（Semaphore）是个什么概念呢。又有什么区别呢？
 Lock和synchronized是锁的互斥，一个线程如果锁定了一资源，那么其它线程只能等待资源的释放。也就是一次只有一个线程执行，这到这个线程执行完毕或者unlock。而Semaphore可以控制多个线程同时对某个资源的访问。Semaphore实现的功能就类似厕所有5个坑，假如有10个人要上厕所，那么同时只能有多少个人去上厕所呢？同时只能有5个人能够占用，当5个人中 的任何一个人让开后，其中等待的另外5个人中又有一个人可以占用了。另外等待的5个人中可以是随机获得优先机会，也可以是按照先来后到的顺序获得机会，这取决于构造Semaphore对象时传入的参数选项。当然单个信号量的Semaphore对象可以实现互斥锁的功能，并且可以是由一个线程获得了“锁”，再由另一个线程释放“锁”，这可应用于死锁恢复的一些场合。
 信号量用在多线程多任务同步的，一个线程完成了某一个动作就通过信号量告诉别的线程，别的线程再进行某些动作。也就是说Semaphore不一定是锁定某个资源，而是流程上的概念。比方说有A,B两个线程，B线程的操作可能要等A线程执行完毕之后才执行，这个任务 并不一定是锁定某一资源，还可以是进行一些计算或者数据处理之类，它们也许并不访问共享变量，只是逻辑上的先后顺序。
 java中计数信号量（Semaphore）维护着一个许可集。调用acquire()获取一个许可，release()释放一个许可。 在java中，还可以设置该信号量是否采用公平模式，如果以公平方式执行，则线程将会按到达的顺序（FIFO）执行，如果是非公平，则可以后请求的有可能排在队列的头部。Semaphore当前在多线程环境下被扩放使用，操作系统的信号量是个很重要的概念，在进程控制方面都有应用。Java并发库Semaphore 可以很轻松完成信号量控制，Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的个数。
下面是一个代码例子:

public static void main(String[] args) {   
 ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();  
  final Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
    for (int index = 0; index < 20; index++) {  
      final int NO = index;      
  Runnable runnable = new Runnable() {   
         @Override        
    public void run() {  
              try {       
             semaphore.acquire();        
            System.out.println("Accessing:" + NO);        
            Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));        
            semaphore.release();             
          System.out.println("------------------" + semaphore.availablePermits());   
             } catch (InterruptedException e) {            
        e.printStackTrace();                }  
          }      
  };      
  executorService.execute(runnable);   
 }    executorService.shutdown();
}

我们现在知道线程同步的方式有synchronized,volatile,Lock,Semaphore等等。

使用信号量解决死锁问题

public class BadLockTest {   
 protected Object obj1 = new Object();
 protected Object obj2 = new Object();  
 protected ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();   
 protected Task1 test1=new Task1();   
 protected Task2 test2=new Task2();  
  public static void main(String[] args) {    
    BadLockTest test = new BadLockTest();      
  for(int i=0;i<50;i++){         
   test.test1.setCount(i);     
   test.test2.setCount(i);          
   test.executorService.execute(test.test1);            test.executorService.execute(test.test2);  
      }    }  
  class Task1 implements Runnable {  
   public int count;     
   public void setCount(int count){        
   this.count=count;        }   
     @Override    
    public void run() {      
    synchronized (obj1) {         
    System.out.println("task1得到obj1对象锁"+count);           
     synchronized (obj2) {            
        System.out.println("task1得到obj2对象锁"+count);    
            }       
     }     
   }    }   
 class Task2 implements Runnable {      
  public int count;     
   public void setCount(int count){     
       this.count=count;     
   }       
 @Override     
   public void run() {      
      synchronized (obj2) {    
      System.out.println("task1得到obj1对象锁"+count);       
       synchronized (obj1) {            
        System.out.println("task1得到obj2对象锁"+count);          
      }          
  }    
    }  
  }}

得到结果:

task1得到obj1对象锁1
task1得到obj1对象锁1

可从结果就知道已经发生了死锁。
 信号量可以控制资源能被多少线程访问，这里我们指定只能被一个线程访问，就做到了类似锁住。而信号量可以指定去获取的超时时间，我们可以根据这个超时时间，去做一个额外处理。
 对于无法成功获取的情况，一般就是重复尝试，或指定尝试的次数，也可以马上退出。

public class BadLockTest {   
  protected ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();   
 protected Task1 test1=new Task1();  
  protected Task2 test2=new Task2();  
  protected Semaphore s1=new Semaphore(1);  
  protected Semaphore s2=new Semaphore(1);   
 public static void main(String[] args) {     
  BadLockTest test = new BadLockTest();    
    for(int i=0;i<50;i++){      
      test.test1.setCount(i);     
       test.test2.setCount(i);       
     test.executorService.execute(test.test1);     
       test.executorService.execute(test.test2);    
    }  
  }   
 class Task1 implements Runnable {   
     public int count;   
     public void setCount(int count){     
     this.count=count;        }    
    @Override     
   public void run() {      
      try {        
      if(s2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)){    
                System.out.println("task1得到obj1对象锁"+count);     
               if(s1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)){    
                    System.out.println("task1得到obj2对象锁"+count);       
             }            
    }           
     s2.release();        
    s1.release();       
     } catch (InterruptedException e) {      
          e.printStackTrace();         
   }      
  }   
 }   
 class Task2 implements Runnable {     
   public int count;    
   public void setCount(int count){         
   this.count=count;        }    
    @Override     
   public void run() {       
   //  synchronized (obj2) {     
       try {          
      if(s1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)){       
        System.out.println("task2得到obj1对象锁"+count);  
       if(s2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)){        
           System.out.println("task2得到obj2对象锁"+count);          
          }        
       }      
          s1.release();          
      s2.release();      
      } catch (InterruptedException e) {      
          e.printStackTrace();      
      }     
   }  
  }}

结果:

task1得到obj2对象锁49
task2得到obj2对象锁49