通俗易懂學(xué)習(xí)java并發(fā)工具類(lèi)-Semaphore，Exchanger
1. 控制資源并發(fā)訪問(wèn)--Semaphore
Semaphore可以理解為信號(hào)量，用于控制資源能夠被并發(fā)訪問(wèn)的線程數(shù)量，以保證多個(gè)線程能夠合理的使用特定資源。
Semaphore就相當(dāng)于一個(gè)許可證，線程需要先通過(guò)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(dāng)執(zhí)行完業(yè)務(wù)功能后，需要通過(guò)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(yīng)用場(chǎng)景，比如數(shù)據(jù)庫(kù)連接。假如有多個(gè)線程讀取數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而可用的最大數(shù)據(jù)庫(kù)連接只有10個(gè)，這時(shí)候就需要使用Semaphore來(lái)控制能夠并發(fā)訪問(wèn)到數(shù)據(jù)庫(kù)連接資源的線程個(gè)數(shù)最多只有10個(gè)。在限制資源使用的應(yīng)用場(chǎng)景下，Semaphore是特別合適的。
下面來(lái)看下Semaphore的主要方法：
//獲取許可，如果無(wú)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(guò)該方法可以一次獲取多個(gè)許可 void acquire(int permits) throws InterruptedException //釋放許可 void release() //釋放指定個(gè)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(guò)這里可以指定獲取多個(gè)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(shí)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(gè)方法一致，只不過(guò)這里能夠獲取多個(gè)許可 boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) //返回當(dāng)前可用的許可證個(gè)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(gòu)造方法中還支持指定是夠具有公平性，默認(rèn)的是非公平性，這樣也是為了保證吞吐量。
一個(gè)例子
下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明Semaphore的具體使用。我們來(lái)模擬這樣一樣場(chǎng)景。有一天，班主任需要班上10個(gè)同學(xué)到講臺(tái)上來(lái)填寫(xiě)一個(gè)表格，但是老師只準(zhǔn)備了5支筆，因此，只能保證同時(shí)只有5個(gè)同學(xué)能夠拿到筆并填寫(xiě)表格，沒(méi)有獲取到筆的同學(xué)只能夠等前面的同學(xué)用完之后，才能拿到筆去填寫(xiě)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(gè)學(xué)生
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
service.execute(() -> {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆......");
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 同學(xué)獲取到筆");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 填寫(xiě)表格ing.....");
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
semaphore.release();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 填寫(xiě)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(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-1 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-1 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-2 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-2 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-2 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-3 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-4 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-3 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-4 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-4 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-3 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-5 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-5 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-5 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-6 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-7 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-8 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-9 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-10 同學(xué)準(zhǔn)備獲取筆...... pool-1-thread-4 填寫(xiě)完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-9 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-9 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-5 填寫(xiě)完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-7 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-7 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-8 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-8 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-1 填寫(xiě)完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-6 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-6 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-3 填寫(xiě)完表格，歸還了筆?。。。。。? pool-1-thread-2 填寫(xiě)完表格，歸還了筆！?。。。?！ pool-1-thread-10 同學(xué)獲取到筆 pool-1-thread-10 填寫(xiě)表格ing..... pool-1-thread-7 填寫(xiě)完表格，歸還了筆！！?。。?！ pool-1-thread-9 填寫(xiě)完表格，歸還了筆！?。。。?！ pool-1-thread-8 填寫(xiě)完表格，歸還了筆?。。。。。? pool-1-thread-6 填寫(xiě)完表格，歸還了筆?。。。。?！ pool-1-thread-10 填寫(xiě)完表格，歸還了筆?。。。。?！
根據(jù)輸出結(jié)果進(jìn)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(gè)數(shù)為5，可以看出，前5個(gè)線程（前5個(gè)學(xué)生）先獲取到筆，然后填寫(xiě)表格，而6-10這5個(gè)線程，由于獲取不到許可，只能阻塞等待。
當(dāng)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(duì)其他線程的執(zhí)行過(guò)程，也是同樣的道理。
從這個(gè)例子就可以看出，Semaphore用來(lái)做特殊資源的并發(fā)訪問(wèn)控制是相當(dāng)合適的，如果有業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要進(jìn)行流量控制，可以?xún)?yōu)先考慮Semaphore。
2.線程間交換數(shù)據(jù)的工具--Exchanger
Exchanger是一個(gè)用于線程間協(xié)作的工具類(lèi)，用于兩個(gè)線程間能夠交換。它提供了一個(gè)交換的同步點(diǎn)，在這個(gè)同步點(diǎn)兩個(gè)線程能夠交換數(shù)據(jù)。
具體交換數(shù)據(jù)是通過(guò)exchange方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如果一個(gè)線程先執(zhí)行exchange方法，那么它會(huì)同步等待另一個(gè)線程也執(zhí)行exchange方法，這個(gè)時(shí)候兩個(gè)線程就都達(dá)到了同步點(diǎn)，兩個(gè)線程就可以交換數(shù)據(jù)。
Exchanger除了一個(gè)無(wú)參的構(gòu)造方法外，主要方法也很簡(jiǎn)單：
//當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行該方法的時(shí)候，會(huì)等待另一個(gè)線程也執(zhí)行該方法，因此兩個(gè)線程就都達(dá)到了同步點(diǎn) //將數(shù)據(jù)交換給另一個(gè)線程，同時(shí)返回獲取的數(shù)據(jù) V exchange(V x) throws InterruptedException //同上一個(gè)方法功能基本一樣，只不過(guò)這個(gè)方法同步等待的時(shí)候，增加了超時(shí)時(shí)間 V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, TimeoutException
一個(gè)例子
Exchanger理解起來(lái)很容易，這里用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)看下它的具體使用。我們來(lái)模擬這樣一個(gè)情景，在青春洋溢的中學(xué)時(shí)代，下課期間，男生經(jīng)常會(huì)給走廊里為自己喜歡的女孩子送情書(shū)，相信大家都做過(guò)這樣的事情吧 ：)。男孩會(huì)先到女孩教室門(mén)口，然后等女孩出來(lái)，教室那里就是一個(gè)同步點(diǎn)，然后彼此交換信物，也就是彼此交換了數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，就來(lái)模擬這個(gè)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(duì)女生說(shuō)的話
String girl = exchanger.exchange("我其實(shí)暗戀你很久了......");
System.out.println("女孩兒說(shuō)：" + girl);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
service.execute(() -> {
try {
System.out.println("女生慢慢的從教室你走出來(lái)......");
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
//男生對(duì)女生說(shuō)的話
String boy = exchanger.exchange("我也很喜歡你......");
System.out.println("男孩兒說(shuō)：" + boy);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}
輸出結(jié)果：
女生慢慢的從教室你走出來(lái)...... 男孩兒說(shuō)：我其實(shí)暗戀你很久了...... 女孩兒說(shuō)：我也很喜歡你......
這個(gè)例子很簡(jiǎn)單，也很能說(shuō)明Exchanger的基本使用。當(dāng)兩個(gè)線程都到達(dá)調(diào)用exchange方法的同步點(diǎn)的時(shí)候，兩個(gè)線程就能交換彼此的數(shù)據(jù)。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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