Java 中的信号量
信号量通过使用计数器来控制对共享资源的访问。如果计数器大于零，则允许访问。如果为零，则拒绝访问。计数器计数的是允许访问共享资源的许可。因此，要访问资源，线程必须获得信号量的许可。
信号量工作
一般来说，为了使用信号量，想要访问共享资源的线程会尝试获取许可。
- 如果信号量的计数大于零，那么线程获得一个许可，这导致信号量的计数减少。
- 否则，线程将被阻塞，直到获得许可。
- 当线程不再需要访问共享资源时，它释放许可，这导致信号量的计数增加。
- 如果有另一个线程在等待许可，那么该线程将在那个时候获得许可。
Java 在 java.util.concurrent 包中提供信号量类来实现这个机制，这样就不用自己实现信号量了。
流程图:
Semaphore 类中的构造函数:Semaphore 类中有两个构造函数。
Semaphore(int num)
Semaphore(int num, boolean how)
这里， num 指定初始许可计数。因此，它指定了在任何时候可以访问共享资源的线程数量。如果是一个，那么在任何时候只有一个线程可以访问资源。默认情况下，所有等待的线程都以未定义的顺序被授予许可。通过将 how 设置为 true，您可以确保等待线程按照其请求访问的顺序获得许可。
使用信号量作为锁(防止比赛状态 )
我们可以使用信号量来锁定对资源的访问，每个想要使用该资源的线程在访问资源之前必须首先调用 acquire( ) 来获取锁。当线程使用完资源后，它必须调用 release( ) 来释放锁。这里有一个例子可以证明这一点:
// java program to demonstrate
// use of semaphores Locks
import java.util.concurrent.*;
//A shared resource/class.
class Shared
{
static int count = 0;
}
class MyThread extends Thread
{
Semaphore sem;
String threadName;
public MyThread(Semaphore sem, String threadName)
{
super(threadName);
this.sem = sem;
this.threadName = threadName;
}
@Override
public void run() {
// run by thread A
if(this.getName().equals("A"))
{
System.out.println("Starting " + threadName);
try
{
// First, get a permit.
System.out.println(threadName + " is waiting for a permit.");
// acquiring the lock
sem.acquire();
System.out.println(threadName + " gets a permit.");
// Now, accessing the shared resource.
// other waiting threads will wait, until this
// thread release the lock
for(int i=0; i < 5; i++)
{
Shared.count++;
System.out.println(threadName + ": " + Shared.count);
// Now, allowing a context switch -- if possible.
// for thread B to execute
Thread.sleep(10);
}
} catch (InterruptedException exc) {
System.out.println(exc);
}
// Release the permit.
System.out.println(threadName + " releases the permit.");
sem.release();
}
// run by thread B
else
{
System.out.println("Starting " + threadName);
try
{
// First, get a permit.
System.out.println(threadName + " is waiting for a permit.");
// acquiring the lock
sem.acquire();
System.out.println(threadName + " gets a permit.");
// Now, accessing the shared resource.
// other waiting threads will wait, until this
// thread release the lock
for(int i=0; i < 5; i++)
{
Shared.count--;
System.out.println(threadName + ": " + Shared.count);
// Now, allowing a context switch -- if possible.
// for thread A to execute
Thread.sleep(10);
}
} catch (InterruptedException exc) {
System.out.println(exc);
}
// Release the permit.
System.out.println(threadName + " releases the permit.");
sem.release();
}
}
}
// Driver class
public class SemaphoreDemo
{
public static void main(String args[]) throws InterruptedException
{
// creating a Semaphore object
// with number of permits 1
Semaphore sem = new Semaphore(1);
// creating two threads with name A and B
// Note that thread A will increment the count
// and thread B will decrement the count
MyThread mt1 = new MyThread(sem, "A");
MyThread mt2 = new MyThread(sem, "B");
// stating threads A and B
mt1.start();
mt2.start();
// waiting for threads A and B
mt1.join();
mt2.join();
// count will always remain 0 after
// both threads will complete their execution
System.out.println("count: " + Shared.count);
}
}
输出:
Starting A
Starting B
A is waiting for a permit.
B is waiting for a permit.
A gets a permit.
A: 1
A: 2
A: 3
A: 4
A: 5
A releases the permit.
B gets a permit.
B: 4
B: 3
B: 2
B: 1
B: 0
B releases the permit.
count: 0
注意:在上述程序的不同执行中，输出可以不同，但计数变量的最终值将始终保持为 0。
以上程序说明:
- 程序使用信号量来控制对计数变量的访问，该变量是共享类中的静态变量。共享计数由线程 A 递增五倍，由线程 B 递减五倍。为了防止这两个线程同时访问共享计数，只有在从控制信号量获得许可后，才允许访问。进入完成后，许可证被发放。这样，一次只有一个线程访问 Shared.count，如输出所示。
- 请注意 MyThread 类中 run()方法内对 sleep()的调用。它用来“证明”对 Shared.count 的访问是由信号量同步的。在 run()中，对 sleep()的调用会导致调用线程在每次访问 Shared.count 之间暂停。这通常会使第二个线程能够运行。但是，由于信号量的原因，第二个线程必须等到第一个线程释放了许可，这只有在第一个线程的所有访问都完成之后才会发生。因此，共享计数首先由线程 A 增加五次，然后由线程 b 减少五次。
- 如果不使用信号量，两个线程对共享计数的访问将会同时发生，增量和减量将会混合。要确认这一点，请尝试对 acquire( ) 和 release( ) 的呼叫进行评论。当您运行程序时，您将看到对 Shared.count 的访问不再同步，因此您不会总是获得 count 值 0。
下一个: Java 中的 Java.util.concurrent.Semaphore 类
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