19.2 信号量Semaphore

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19.2 信号量Semaphore

之前介绍的锁都是限制只有一个线程可以同时访问一个资源。现实中，资源往往有多个，但每个同时只能被一个线程访问，比如，饭店的饭桌、火车上的卫生间。有的单个资源即使可以被并发访问，但并发访问数多了可能影响性能，所以希望限制并发访问的线程数。还有的情况，与软件的授权和计费有关，对不同等级的账户，限制不同的最大并发访问数。

信号量类Semaphore就是用来解决这类问题的，它可以限制对资源的并发访问数，它有两个构造方法：

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public Semaphore(int permits)
public Semaphore(int permits, boolean fair)

fire表示公平，含义与之前介绍的是类似的，permits表示许可数量。

Semaphore的方法与锁是类似的，主要的方法有两类，获取许可和释放许可，主要方法有：

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//阻塞获取许可
public void acquire() throws InterruptedException
//阻塞获取许可，不响应中断
public void acquireUninterruptibly()
//批量获取多个许可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException
public void acquireUninterruptibly(int permits)
//尝试获取
public boolean tryAcquire()
//限定等待时间获取
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout,
    TimeUnit unit) throws InterruptedException
//释放许可
public void release()

我们看个简单的示例，限制并发访问的用户数不超过100，如代码清单19-2所示。

代码清单19-2 Semaphore应用示例
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public class AccessControlService {
    public static class ConcurrentLimitException extends RuntimeException {
        private static final long serialVersionUID = 1L;
    }
    private static final int MAX_PERMITS = 100;
    private Semaphore permits = new Semaphore(MAX_PERMITS, true);
    public boolean login(String name, String password) {
        if(! permits.tryAcquire()) {
            //同时登录用户数超过限制
            throw new ConcurrentLimitException();
        }
        //…其他验证
        return true;
    }
    public void logout(String name) {
        permits.release();
    }
}

代码比较简单，就不赘述了。需要说明的是，如果我们将permits的值设为1，你可能会认为它就变成了一般的锁，不过，它与一般的锁是不同的。一般锁只能由持有锁的线程释放，而Semaphore表示的只是一个许可数，任意线程都可以调用其release方法。主要的锁实现类ReentrantLock是可重入的，而Semaphore不是，每一次的acquire调用都会消耗一个许可，比如，看下面的代码段：

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Semaphore permits = new Semaphore(1);
permits.acquire();
permits.acquire();
System.out.println("acquired");

程序会阻塞在第二个acquire调用，永远都不会输出“acquired”。

信号量的基本原理比较简单，也是基于AQS实现的，permits表示共享的锁个数，acquire方法就是检查锁个数是否大于0，大于则减一，获取成功，否则就等待，release就是将锁个数加一，唤醒第一个等待的线程。