并发编程之信号量Semaphore

在以前的操作系统学习中，为了实现进程的同步，需要设置信号量执行P、V操作来实现。在Java中，线程之间的同步也是使用信号量Semaphore类来实现的。线程访问临界资源（需互斥访问的那段代码）的时候，如果信号量（计数器）大于0，则允许进入临界资源，若信号量小于等于0，则线程阻塞等待另外的线程释放临界资源。Java 并发库的Semaphore 可以很轻松完成信号量控制，Semaphore 通常用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数目。通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。比如在Windows下可以设置共享文件的最大客户端访问个数。

Semaphore概述
---通常把一个非负整数称为Semaphore,表示为S.
S可以理解为可用的资源数量.这里不涉及进程问题,所以就假定S>=0.
---S实现的同步机制表示为PV原语操作
P(S):若S=0,线程进入等待队列;否则,—S;
V(S):++S,唤醒处于等待中的线程.

信号量的特性如下：信号量是一个非负整数，所有通过它的线程都会将该整数减一，当该整数值为零时，所有试图通过它的线程都将处于等待状态。在信号量上我们定义两种操作： Acquire（等待）和 Release（释放）。当一个线程调用Acquire（等待）操作时，它要么通过然后将信号量减一，要么一直等下去，直到信号量大于一或超时。Release（释放）实际上是在信号量上执行加操作，加操作实际上是释放了由信号量守护的资源。

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。
1、Semaphore(int permits, boolean fair)：创建具有给定的许可数和给定的公平设置的Semaphore。在该构造函数中，permits指定了计数器的初始值，如果permits=1，则说明在某个时间间隔之内，只允许一个线程访问临界资源，默认情况下（fair默认为false，即不采用公平策略），等待线程以随机顺序获取临界资源（当permits>0时），若将fair设置为true，则采用公平策略,等待线程已他们要求的访问顺序获取临界资源。
2、Semaphore类中，请求获取临界资源的方法如下所示：tryAcquire、acquire；
3、Semaphore类中，请求获取临界资源的方法如下所示：release;

示例程序：

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Bank {
	private final static int COUNT = 100;
	private final static Semaphore semaphore = new Semaphore(3, true);

	public static void main(String[] args) {
		for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
			final int count = i;
			new Thread(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					try {
						// 没有可用的资源就等待一段时间，如果在该时间内仍未获取到所需要的资源semaphore，就返回false
						// 这里只申请一个，如果申请多个需要调用其他的请求方法
						if (semaphore.tryAcquire(10, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
							try {
								Teller.getService(count);
							} finally {
								// 释放所获取到的资源semaphore
								semaphore.release();
							}
						}
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}).start();
		}
	}
}

class Teller {
	static public void getService(int i) {
		System.out.println("serving：" + i);
		try {
			Thread.sleep((long) (Math.random() * 100));
		} catch (InterruptedException e) {
		}
	}
}

运行结果（一种）

serving：10
serving：0
serving：11
serving：9
serving：8

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