Java 并发专题 : Semaphore 实现 互斥 与 连接池

释放双眼,带上耳机,听听看~!

继续并发方面的知识。今天介绍Semaphore,同样在java.util.concurrent包下。

本来准备通过例子,从自己实现到最后使用并发工具实现,但是貌似效果并不是很好,有点太啰嗦的感觉,所有准备直入主题。

介绍:Semaphore中管理着一组虚拟的许可,许可的初始数量可通过构造函数来指定【new Semaphore(1);】,执行操作时可以首先获得许可【semaphore.acquire();】,并在使用后释放许可【semaphore.release();】。如果没有许可,那么acquire方法将会一直阻塞直到有许可(或者直到被终端或者操作超时)。

作用:可以用来控制同时访问某个特定资源的操作数量,或者某个操作的数量。

下面使用Semaphore实现两个例子:

1、互斥

大家都学过操作系统,都知道互斥的概念,比较简单的互斥实现,比如PV操作,判断资源,然后忙等实现互斥;上一篇博客也说过,忙等对CPU的消耗巨大,下面我们通过Semaphore来实现一个比较好的互斥操作:

假设我们公司只有一台打印机,我们需要对这台打印机的打印操作进行互斥控制:

package com.zhy.concurrency.semaphore;
import java.util.concurrent.Semaphore;
/**
* 使用信号量机制,实现互斥访问打印机
*
* @author zhy
*
*/
public class MutexPrint
{
/**
* 定义初始值为1的信号量
*/
private final Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
/**
* 模拟打印操作
* @param str
* @throws InterruptedException
*/
public void print(String str) throws InterruptedException
{
//请求许可
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" enter ...");
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在打印 ..." + str);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" out ...");
//释放许可
semaphore.release();
}
public static void main(String[] args)
{
final MutexPrint print = new MutexPrint();
/**
* 开启10个线程,抢占打印机
*/
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
new Thread()
{
public void run()
{
try
{
print.print("helloworld");
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
};
}.start();
}
}
}

输出结果:

Thread-1 enter ...
Thread-1正在打印 ...helloworld
Thread-1 out ...
Thread-2 enter ...
Thread-2正在打印 ...helloworld
Thread-2 out ...
Thread-0 enter ...
Thread-0正在打印 ...helloworld
Thread-0 out ...
Thread-3 enter ...
Thread-3正在打印 ...helloworld
Thread-3 out ...

通过初始值为1的Semaphore,很好的实现了资源的互斥访问。

2、连接池的模拟实现

在项目中处理高并发时,一般数据库都会使用数据库连接池,假设现在数据库连接池最大连接数为10,当10个连接都分配出去以后,现在有用户继续请求连接,可能的处理:

a、手动抛出异常,用户界面显示,服务器忙,稍后再试

b、阻塞,等待其他连接的释放

从用户体验上来说,更好的选择当然是阻塞,等待其他连接的释放,用户只会觉得稍微慢了一点,并不影响他的操作。下面使用Semaphore模拟实现一个数据库连接池:

package com.zhy.concurrency.semaphore;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Semaphore;
/**
* 使用Semaphore模拟数据库链接池的使用
* @author zhy
*
*/
public class ConnectPool
{
private final List<Conn> pool = new ArrayList<Conn>(3);
private final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
/**
* 初始化分配3个连接
*/
public ConnectPool()
{
pool.add(new Conn());
pool.add(new Conn());
pool.add(new Conn());
}
/**
* 请求分配连接
* @return
* @throws InterruptedException
*/
public Conn getConn() throws InterruptedException
{
semaphore.acquire();
Conn c = null  ;
synchronized (pool)
{
c = pool.remove(0);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get a conn " + c);
return c ;
}
/**
* 释放连接
* @param c
*/
public void release(Conn c)
{
pool.add(c);
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" release a conn " + c);
semaphore.release();
}
public static void main(String[] args)
{
final ConnectPool pool = new ConnectPool();
/**
* 第一个线程占用1个连接3秒
*/
new Thread()
{
public void run()
{
try
{
Conn c = pool.getConn();
Thread.sleep(3000);
pool.release(c);
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
};
}.start();
/**
* 开启3个线程请求分配连接
*/
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
new Thread()
{
public void run()
{
try
{
Conn c = pool.getConn();
} catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
};
}.start();
}
}
private class Conn
{
}
}
Thread-0 get a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@12b6651
Thread-2 get a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@e53108
Thread-1 get a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@1888759
Thread-0 release a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@12b6651
Thread-3 get a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@12b6651

我们测试时,让Thread-0持有一个连接3秒,然后瞬间让3个线程再去请求分配连接,造成Thread-3一直等到Thread-0对连接的释放,然后获得连接。

 

通过两个例子,基本已经了解了Semaphore的用法,这里的线程池例子只是为了说明Semaphore的用法,真实的实现代码比这复杂的多,而且可能也不会直接用Semaphore。

 

好了,之后会继续Java并发的博客。

 

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