通俗易懂學習java并發(fā)工具類-Semaphore，Exchanger
1. 控制資源并發(fā)訪問--Semaphore
Semaphore可以理解為信號量，用于控制資源能夠被并發(fā)訪問的線程數(shù)量，以保證多個線程能夠合理的使用特定資源。
Semaphore就相當于一個許可證，線程需要先通過acquire方法獲取該許可證，該線程才能繼續(xù)往下執(zhí)行，否則只能在該方法出阻塞等待。當執(zhí)行完業(yè)務功能后，需要通過release()方法將許可證歸還，以便其他線程能夠獲得許可證繼續(xù)執(zhí)行。
Semaphore可以用于做流量控制，特別是公共資源有限的應用場景，比如數(shù)據(jù)庫連接。假如有多個線程讀取數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，而可用的最大數(shù)據(jù)庫連接只有10個，這時候就需要使用Semaphore來控制能夠并發(fā)訪問到數(shù)據(jù)庫連接資源的線程個數(shù)最多只有10個。在限制資源使用的應用場景下，Semaphore是特別合適的。
下面來看下Semaphore的主要方法：
//獲取許可，如果無法獲取到，則阻塞等待直至能夠獲取為止 void acquire() throws InterruptedException //同acquire方法功能基本一樣，只不過該方法可以一次獲取多個許可 void acquire(int permits) throws InterruptedException //釋放許可 void release() //釋放指定個數(shù)的許可 void release(int permits) //嘗試獲取許可，如果能夠獲取成功則立即返回true，否則，則返回false boolean tryAcquire() //與tryAcquire方法一致，只不過這里可以指定獲取多個許可 boolean tryAcquire(int permits) //嘗試獲取許可，如果能夠立即獲取到或者在指定時間內(nèi)能夠獲取到，則返回true，否則返回false boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException //與上一個方法一致，只不過這里能夠獲取多個許可 boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) //返回當前可用的許可證個數(shù) int availablePermits() //返回正在等待獲取許可證的線程數(shù) int getQueueLength() //是否有線程正在等待獲取許可證 boolean hasQueuedThreads() //獲取所有正在等待許可的線程集合 Collection<Thread> getQueuedThreads()
另外，在Semaphore的構造方法中還支持指定是夠具有公平性，默認的是非公平性，這樣也是為了保證吞吐量。
一個例子
下面用一個簡單的例子來說明Semaphore的具體使用。我們來模擬這樣一樣場景。有一天，班主任需要班上10個同學到講臺上來填寫一個表格，但是老師只準備了5支筆，因此，只能保證同時只有5個同學能夠拿到筆并填寫表格，沒有獲取到筆的同學只能夠等前面的同學用完之后，才能拿到筆去填寫表格。該示例代碼如下：
public class SemaphoreDemo {
//表示老師只有10支筆
private static Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
public static void main(String[] args) {
//表示50個學生
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
service.execute(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 同學準備獲取筆......");
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 同學獲取到筆");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 填寫表格ing.....");
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
semaphore.release();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 填寫完表格，歸還了筆?。。。。?！");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
service.shutdown();
}
}
輸出結(jié)果：
pool-1-thread-1 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-1 同學獲取到筆 pool-1-thread-1 填寫表格ing..... pool-1-thread-2 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-2 同學獲取到筆 pool-1-thread-2 填寫表格ing..... pool-1-thread-3 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-4 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-3 同學獲取到筆 pool-1-thread-4 同學獲取到筆 pool-1-thread-4 填寫表格ing..... pool-1-thread-3 填寫表格ing..... pool-1-thread-5 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-5 同學獲取到筆 pool-1-thread-5 填寫表格ing..... pool-1-thread-6 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-7 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-8 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-9 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-10 同學準備獲取筆...... pool-1-thread-4 填寫完表格，歸還了筆?。。。。。? pool-1-thread-9 同學獲取到筆 pool-1-thread-9 填寫表格ing..... pool-1-thread-5 填寫完表格，歸還了筆?。。。。。? pool-1-thread-7 同學獲取到筆 pool-1-thread-7 填寫表格ing..... pool-1-thread-8 同學獲取到筆 pool-1-thread-8 填寫表格ing..... pool-1-thread-1 填寫完表格，歸還了筆?。。。。。? pool-1-thread-6 同學獲取到筆 pool-1-thread-6 填寫表格ing..... pool-1-thread-3 填寫完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-2 填寫完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-10 同學獲取到筆 pool-1-thread-10 填寫表格ing..... pool-1-thread-7 填寫完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-9 填寫完表格，歸還了筆?。。。。。? pool-1-thread-8 填寫完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-6 填寫完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-10 填寫完表格，歸還了筆！?。。。?！
根據(jù)輸出結(jié)果進行分析，Semaphore允許的最大許可數(shù)為5，也就是允許的最大并發(fā)執(zhí)行的線程個數(shù)為5，可以看出，前5個線程（前5個學生）先獲取到筆，然后填寫表格，而6-10這5個線程，由于獲取不到許可，只能阻塞等待。
當線程pool-1-thread-4釋放了許可之后，pool-1-thread-9就可以獲取到許可，繼續(xù)往下執(zhí)行。對其他線程的執(zhí)行過程，也是同樣的道理。
從這個例子就可以看出，Semaphore用來做特殊資源的并發(fā)訪問控制是相當合適的，如果有業(yè)務場景需要進行流量控制，可以優(yōu)先考慮Semaphore。
2.線程間交換數(shù)據(jù)的工具--Exchanger
Exchanger是一個用于線程間協(xié)作的工具類，用于兩個線程間能夠交換。它提供了一個交換的同步點，在這個同步點兩個線程能夠交換數(shù)據(jù)。
具體交換數(shù)據(jù)是通過exchange方法來實現(xiàn)的，如果一個線程先執(zhí)行exchange方法，那么它會同步等待另一個線程也執(zhí)行exchange方法，這個時候兩個線程就都達到了同步點，兩個線程就可以交換數(shù)據(jù)。
Exchanger除了一個無參的構造方法外，主要方法也很簡單：
//當一個線程執(zhí)行該方法的時候，會等待另一個線程也執(zhí)行該方法，因此兩個線程就都達到了同步點 //將數(shù)據(jù)交換給另一個線程，同時返回獲取的數(shù)據(jù) V exchange(V x) throws InterruptedException //同上一個方法功能基本一樣，只不過這個方法同步等待的時候，增加了超時時間 V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, TimeoutException
一個例子
Exchanger理解起來很容易，這里用一個簡單的例子來看下它的具體使用。我們來模擬這樣一個情景，在青春洋溢的中學時代，下課期間，男生經(jīng)常會給走廊里為自己喜歡的女孩子送情書，相信大家都做過這樣的事情吧 ：)。男孩會先到女孩教室門口，然后等女孩出來，教室那里就是一個同步點，然后彼此交換信物，也就是彼此交換了數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，就來模擬這個情景。
public class ExchangerDemo {
private static Exchanger<String> exchanger = new Exchanger();
public static void main(String[] args) {
//代表男生和女生
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
service.execute(() -> {
try {
//男生對女生說的話
String girl = exchanger.exchange("我其實暗戀你很久了......");
System.out.println("女孩兒說：" + girl);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
service.execute(() -> {
try {
System.out.println("女生慢慢的從教室你走出來......");
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
//男生對女生說的話
String boy = exchanger.exchange("我也很喜歡你......");
System.out.println("男孩兒說：" + boy);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}
輸出結(jié)果：
女生慢慢的從教室你走出來...... 男孩兒說：我其實暗戀你很久了...... 女孩兒說：我也很喜歡你......
這個例子很簡單，也很能說明Exchanger的基本使用。當兩個線程都到達調(diào)用exchange方法的同步點的時候，兩個線程就能交換彼此的數(shù)據(jù)。
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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