Java多執行緒併發工具類-Semaphore物件講解

透過前面的學習，我們已經知道了Java多執行緒併發場景中使用比較多的兩個工具類：做加法的CycliBarrier物件以及做減法的CountDownLatch物件並對這兩個物件進行了比較。我們發現這兩個物件要麼是做加法，要麼是做減法的。那麼有沒有既做加法也做減法的呢？當然有了。Semaphore這個工具類就可以實現One out one in的。

本文主要內容：Semaphore是什麼?從生活中例子中來理解Semaphore；程式碼演示；總結。透過總結-理解-程式碼演示-再總結這四個步驟讓大家來深刻的理解。

本篇是《凱哥(凱哥Java:kagejava)併發程式設計學習》系列之《併發工具類》教程的第三篇：《Java多執行緒下訊號量》。

一：Semaphore是什麼?

Semaphore中文意思：訊號量。

來看看JavaAPI中對semaphore物件的解釋：

什麼意思呢？

簡單理解來說，Semaphore：訊號量主要用於兩個目的：一個是用於多個共享資源的互斥使用；另一個用於併發執行緒數量的控制。什麼意思呢？我們來從生活中的例子來理解。

二：從生活中例子中來理解Semaphore

案例一：搶車位

自駕遊的朋友一般都會遇到這樣的煩惱：去景區遊玩，停車比較麻煩。因為停車場中的車位數量是一定的。當車位滿了以後，其他想要進入停車場停車的車輛只能等待。等到其他車輛出來之後，才可以進入。站在併發角度來分析的話：停車場有多個停車位(多個共享資源)，每個車輛只能停在其中一個位置上(互斥使用的)，停車場的停車位是固定的(併發執行緒數量的控制)。這樣是不是就好理解了？如果還是不好理解，接著看下面這個案例

案例二：海底撈吃火鍋

去海底撈吃火鍋的時候，海底撈場地就餐桌數量是固定的，假設有5桌。現在來了8個人，那麼其他3個就需要在門口候餐區等待加號。當有其他桌吃完離開之後，進去一個。簡圖如下：

三：程式碼演示

我們就來模擬海底撈吃火鍋的場景。

3.1:為什麼要使用Semaphore?

為什麼不能使用其他兩個同步工具類呢？

根據CountDownLatch的特性，只能使用一次的特徵來說，海底撈這種場景當然不能夠使用了。因為開個店不可能只使用一次。

CyclicBarrier，雖然可以使用多次，但是需要reset之後才可以多次使用。意思就是，只有等餐廳裡面5個桌的客人都吃完之後，才可以讓其他人進來就餐的。這種情況也是不符合業務邏輯的。

而Semaphore可以做到One out One in 很適合海底撈的場景。所以，經過分析，我們可以得到如下程式碼。

程式碼演示：

餐桌物件：

執行方法：

執行結果：

從執行結果中，我們可以看到一個進入一個就離開，一個離開餐桌下一位就進入餐廳就餐。達到我們預期結果了。

四：總結

4.1：使用語法

在宣告smaphore的時候需要設定執行緒數量。然後使用acquire獲取資源。在finally方法裡面呼叫release方法進行釋放資源。如下圖：

4.2：內部主要組成

4.2.1：三個內部類：

看到這三個類是不是很熟悉？對就是我們前面介紹的ReentrantLock和ReentrantReadWriteLock這兩個物件裡面都存在的。繼承AQS的Sync類以及公平鎖的FairSync類和非公平鎖的NonfairSync類。同樣，semaphore也支援在構造器中指定是公平還是非公平的：

4.2.2：主要方法

重要的方法獲取和釋放方法：

獲取資源的:

acquire/acquire(int permits):獲取資源(許可證)/獲取指定個數的資源

釋放資源：

release/release(int permits)：釋放資源/釋放指定個數的資源

其他方法：

阻止獲取資源：

acquireUninterruptibly/acquireUninterruptibly(int permits)：從這個訊號燈獲取許可證，阻止一個可用的/阻止指定數量的

獲取當前可以用的資源數量: int availablePermits

還有其他很多方法。凱哥這裡就不一一介紹了。大家可以自行檢視API

4.3：實現原理

看到Sync這個內部類之後，大家就應該想到了凱哥(kaigejava)在之前介紹過的AQS物件了。沒錯，Semaphore就是使用AQS和CAS來實現資源的獲取和釋放的。在這裡凱哥就不贅述了。大家可以看看前面凱哥介紹併發容器的同步器相關文章，裡面凱哥做了詳細的介紹。