當(dāng)下Java并發(fā)編程日益普及，而Semaphore是Java提供的一種功能強(qiáng)大的線程同步工具，可用于控制同時(shí)訪問系統(tǒng)資源的線程數(shù)量。本篇博客將從Semaphore的簡介、底層實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用場景等角度，深入探討Semaphore的原理以及其實(shí)現(xiàn)和使用方法。

## 1、Semaphore的簡介
Semaphore是一種計(jì)數(shù)器，用于控制同時(shí)訪問資源的線程數(shù)量。它通過一個(gè)計(jì)數(shù)器來表達(dá)可用資源的數(shù)量，當(dāng)有新線程需要訪問該資源時(shí)，會(huì)先進(jìn)行請求，然后進(jìn)行P（proberen）操作，如果此時(shí)計(jì)數(shù)器的值為0，則線程就會(huì)被阻塞并進(jìn)入等待隊(duì)列中，等到其他線程釋放資源后才重新獲得控制權(quán)。而當(dāng)線程釋放資源時(shí)，則會(huì)進(jìn)行V（verhogen）操作，將計(jì)數(shù)器的值加1，以通知其他線程可以繼續(xù)請求訪問資源。

Semaphore的構(gòu)造方法有兩個(gè)參數(shù)，分別表示初始的資源數(shù)量和是否為公平鎖。如果將公平鎖設(shè)置為true，則多個(gè)線程并發(fā)訪問Semaphore時(shí)，會(huì)按照它們的請求順序進(jìn)行處理，即先請求的線程也會(huì)先獲得資源。

Semaphore是一個(gè)典型的Java并發(fā)庫類，位于java.util.concurrent包中。

## 2、Semaphore的底層實(shí)現(xiàn)
在Semaphore的底層實(shí)現(xiàn)中，它是基于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）的同步器實(shí)現(xiàn)的。AQS是一個(gè)為JDK提供的一個(gè)框架，用于實(shí)現(xiàn)同步器，比如鎖、Semaphore等，是基于隊(duì)列的鎖和同步器的實(shí)現(xiàn)框架。

Semaphore的底層實(shí)現(xiàn)主要基于兩個(gè)方法：
- acquire()：申請?jiān)S可證，實(shí)際上就是P操作。
- release()：釋放許可證，實(shí)際上就是V操作。

在Semaphore的實(shí)現(xiàn)中，如果許可證數(shù)量大于0，則線程可以直接獲取許可證資源并執(zhí)行任務(wù)。如果許可證數(shù)量小于等于0，則線程會(huì)被阻塞，直到其他線程釋放許可證資源，則當(dāng)前線程才能重新獲取許可證并執(zhí)行任務(wù)。需要注意的是，一旦線程獲取到許可證資源，則許可證數(shù)量就會(huì)減1。同理，每次釋放許可證資源，許可證數(shù)量就會(huì)加1。

## 3、Semaphore的應(yīng)用場景
Semaphore的應(yīng)用場景較為廣泛，主要用于控制并發(fā)數(shù)量，防止線程阻塞和死鎖等問題。下面列舉一些Semaphore的應(yīng)用場景和示例代碼：

### 場景1：限流器
Semaphore可用于實(shí)現(xiàn)限流器，即限制同時(shí)訪問某個(gè)資源的線程數(shù)量。比如，我們可以使用Semaphore控制某個(gè)接口的并發(fā)數(shù)量，防止服務(wù)被過度訪問而崩潰。下面是示例代碼：

```
public class RateLimit {
? private Semaphore semaphore;

? public RateLimit(int permits) {
? ? this.semaphore = new Semaphore(permits);
? }

? public void acquire() {
? ? semaphore.acquire();
? }

? public void release() {
? ? semaphore.release();
? }
}
```

### 場景2：數(shù)據(jù)庫連接池
Semaphore可用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接池，即限制同時(shí)連接數(shù)據(jù)庫的線程數(shù)量。比如，我們可以使用Semaphore來限制連接數(shù)，防止數(shù)據(jù)庫過度加載而崩潰。下面是示例代碼：

```
public class DBConnectionPool {
? private final Semaphore semaphore;
? private final List<Connection> pool;

? public DBConnectionPool(int permits, List<Connection> pool) {
? ? this.semaphore = new Semaphore(permits, true);
? ? this.pool = pool;
? }

? public Connection acquire() throws InterruptedException {
? ? semaphore.acquire();
? ? return pool.remove(0);
? }

? public void release(Connection conn) {
? ? pool.add(conn);
? ? semaphore.release();
? }
}
```

### 場景3：線程池
Semaphore可用于實(shí)現(xiàn)線程池，即限制同時(shí)執(zhí)行任務(wù)的線程數(shù)量。比如，我們可以使用Semaphore來控制線程池的大小，防止同時(shí)執(zhí)行太多的任務(wù)而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。下面是示例代碼：

```
public class MyThreadPool {
? private final Semaphore semaphore;
? private final ExecutorService executor;

? public MyThreadPool(int permits, ExecutorService executor) {
? ? this.semaphore = new Semaphore(permits);
? ? this.executor = executor;
? }

? public void execute(Runnable task) throws InterruptedException {
? ? semaphore.acquire();
? ? executor.execute(() -> {
? ? ? try {
? ? ? ? task.run();
? ? ? } finally {
? ? ? ? semaphore.release();
? ? ? }
? ? });
? }
}
```

## 4、Semaphore的示例代碼
下面給出一個(gè)基于Semaphore實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型的示例代碼，具體實(shí)現(xiàn)可以參考如下：

```
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.concurrent.Semaphore;

class QueueBuffer<T> {
? Queue<T> buffer = new LinkedList<>();
? Semaphore producerSemaphore = new Semaphore(1);
? Semaphore consumerSemaphore = new Semaphore(0);
? int maxBufferSize = 10;

? public void put(T obj) throws InterruptedException {
? ? producerSemaphore.acquire();
? ? try {
? ? ? while (buffer.size() == maxBufferSize) {
? ? ? ? consumerSemaphore.release();
? ? ? ? producerSemaphore.acquire();
? ? ? }
? ? ? buffer.add(obj);
? ? ? System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " put: " + obj);
? ? ? consumerSemaphore.release();
? ? } finally {
? ? ? producerSemaphore.release();
? ? }
? }

? public T get() throws InterruptedException {
? ? consumerSemaphore.acquire();
? ? try {
? ? ? while (buffer.isEmpty()) {
? ? ? ? producerSemaphore.release();
? ? ? ? consumerSemaphore.acquire();
? ? ? }
? ? ? T obj = buffer.poll();
? ? ? System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get: " + obj);
? ? ? producerSemaphore.release();
? ? ? return obj;
? ? } finally {
? ? ? consumerSemaphore.release();
? ? }
? }
}

public class ProducerConsumer {
? public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
? ? QueueBuffer<Integer> buffer = new QueueBuffer<>();
? ? Thread producer1 = new Thread(() -> {
? ? ? try {
? ? ? ? for (int i = 1; i <= 10; i++) {
? ? ? ? ? buffer.put(i);
? ? ? ? ? Thread.sleep(1000);
? ? ? ? }
? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? }
? ? }, "Producer1");

? ? Thread producer2 = new Thread(() -> {
? ? ? try {
? ? ? ? for (int i = 11; i <= 20; i++) {
? ? ? ? ? buffer.put(i);
? ? ? ? ? Thread.sleep(1000);
? ? ? ? }
? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? }
? ? }, "Producer2");

? ? Thread consumer1 = new Thread(() -> {
? ? ? try {
? ? ? ? for (int i = 1; i <= 5; i++) {
? ? ? ? ? buffer.get();
? ? ? ? ? Thread.sleep(2000);
? ? ? ? }
? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? }
? ? }, "Consumer1");

? ? Thread consumer2 = new Thread(() -> {
? ? ? try {
? ? ? ? for (int i = 6; i <= 10; i++) {
? ? ? ? ? buffer.get();
? ? ? ? ? Thread.sleep(2000);
? ? ? ? }
? ? ? } catch (InterruptedException e) {
? ? ? ? e.printStackTrace();
? ? ? }
? ? }, "Consumer2");

? ? producer1.start();
? ? producer2.start();
? ? consumer1.start();
? ? consumer2.start();

? ? producer1.join();
? ? producer2.join();
? ? consumer1.join();
? ? consumer2.join();
? }
}
```

以上代碼基于Semaphore實(shí)現(xiàn)了一個(gè)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，并且內(nèi)置了兩個(gè)生產(chǎn)者和兩個(gè)消費(fèi)者線程，其中生產(chǎn)者會(huì)生產(chǎn)1-20的數(shù)字，并將其放入緩沖區(qū)中，而消費(fèi)者會(huì)從緩沖區(qū)中取出數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理（這里采用簡單的輸出操作）。而Semaphore則用于控制兩個(gè)生產(chǎn)者之間的并發(fā)數(shù)量和兩個(gè)消費(fèi)者之間的并發(fā)數(shù)量，以確保線程安全性和程序的正確性。

## 結(jié)語
Semaphore是Java中一個(gè)非常實(shí)用的線程同步工具，可以幫助開發(fā)者控制并發(fā)訪問數(shù)量、防止線程阻塞和死鎖等問題，在多種場景下都有著廣泛的應(yīng)用。本文中介紹了Semaphore的簡介、底層實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用場景，同時(shí)演示了Semaphore在生產(chǎn)消費(fèi)模型中的實(shí)現(xiàn)方式，相信讀者可以通過本文進(jìn)一步熟悉Semaphore的使用方法，從而提高對Java并發(fā)編程的理解和實(shí)踐能力。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-451099.html

到了這里，關(guān)于java并發(fā)-Semaphore的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！