java多線程系列:Semaphore和Exchanger
本篇文章將介紹Semaphore和Exchanger這兩個並發工具類。
Semaphore
信號量(英語:Semaphore)又稱為信號標,是一個同步對象,用於保持在0至指定最大值之間的一個計數值。當線程完成一次對該semaphore對象的等待(wait)時,該計數值減一;當線程完成一次對semaphore對象的釋放(release)時,計數值加一。當計數值為0,則線程等待該semaphore對象不再能成功直至該semaphore對象變成signaled狀態。semaphore對象的計數值大於0,為signaled狀態;計數值等於0,為nonsignaled狀態.
semaphore對象適用於控制一個僅支持有限個用戶的共享資源,是一種不需要使用忙碌等待(busy waiting)的方法。 ----取自維基百科
Semaphore思想在分布式中也有應用,分布式限流就是典型的案例。現在舉個小例子來使用Semaphore
案例
在等公交時,遇到人多的時候經常需要排隊或者擠進去。
解決方案
利用Semaphore初始化5個許可,每次只能有5個玩家進入,當有玩家退出時,其他玩家才能進入。
先介紹下Semaphore的構造函數和一些方法吧。
Semaphore構造函數
public Semaphore(int permits);
public Semaphore(int permits, boolean fair);
第一個參數permits表示初始化的許可數量,第二個參數表示是否是公平的。
使用Semaphore(int permits)構造函數時,默認使用非公平的
Semaphore常用方法
public void acquire();
public void release();
acquire方法取得許可,release方法表示釋放許可。
註:如果多次調用release方法,會增加許可。例如,初始化許可為0,這時調用了兩個release方法,Semaphore的許可便會變成2
這兩個是最常用的方法,其他的還有acquire相關的方法tryAcquire和acquireUninterruptibly這裏就不介紹了。
代碼
玩家類
定義一個實現Runnable接口的玩家類
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+"進入,時間:"+LocalTime.now()); Thread.sleep((long) (3000 * Math.random())); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { System.out.println(playerName+"退出"); semaphore.release(); } } }
通過構造函數Player傳入玩家名稱和Semaphore對象,run方法中先調用acquire方法取得許可,然後睡眠隨機時間,最後在finally中調用release方法釋放許可。
測試類
先來使用非公平的看看效果,使用非公平的就好比平時的擠公交,誰先在車門口誰先進。如下圖(來源於網絡)
現在來看看測試代碼
public static void main(String[] args) throws IOException {
Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
//Semaphore semaphore = new Semaphore(5,true);
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
//模擬100個玩家排隊
for (int i = 0; i < 100; i++) {
service.submit(new Player("玩家"+i,semaphore));
}
//關閉線程池
service.shutdown();
//判斷線程池是否中斷,沒有則循環查看當前排隊總人數
while (!service.isTerminated()){
System.out.println("當前排隊總人數:"+semaphore.getQueueLength());
try {
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
如果要切換成公平方式只需將上面初始化Semaphore改為下面的代碼即可
Semaphore semaphore = new Semaphore(5,true);
Exchanger
Exchanger主要用於線程間的數據交換。 它提供了一個同步點,在這個同步點,兩個線程可以交換數據。
這裏寫了個兩個線程互相交換數據的簡單例子,下面ExchangerRunnable在run方法中調用exchange方法將自己的數據傳過去。
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("名稱:" + name + " 之前數據:" + previous + " ,交換之後數據:" + this.data);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
接下來看看測試代碼
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();
}
}
定義了只包含兩個線程的線程池,然後創建提交兩個ExchangerRunnable的類
- 線程名稱為1的原始數據時A
- 線程名稱為2的原始數據時B
運行測試代碼,會得到如下結果
名稱:2 之前數據:B ,交換之後數據:A
名稱:1 之前數據:A ,交換之後數據:B
案例源代碼地址:https://github.com/rainbowda/learnWay/tree/master/learnConcurrency/src/main/java/com/learnConcurrency/utils
歡迎fork、Star、Issue等,謝謝
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