別再和面試官說(shuō)不懂信號(hào)量Semaphore了!
已經(jīng)習(xí)慣了阿里面試官的冷笑：用過(guò)Semaphore吧，不妨說(shuō)說(shuō)?
本質(zhì)就是 信號(hào)量模型，模型圖如下：
其中的 計(jì)數(shù)器 和 等待隊(duì)列 對(duì)外部是透明的，僅能通過(guò)提供的三大方法訪問它們。
詳細(xì)說(shuō)說(shuō)哪三大方法?
- init()
用于設(shè)置計(jì)數(shù)器的初始值。
- down()
計(jì)數(shù)器-1。若此時(shí)計(jì)數(shù)器<0，則當(dāng)前線程被 阻塞。
- up()
計(jì)數(shù)器+1。若此時(shí)計(jì)數(shù)器≤0，則喚醒 等待隊(duì)列 中的一個(gè)線程，并將其從【等待隊(duì)列】移除。有同學(xué)可能會(huì)認(rèn)為這里的判斷條件應(yīng)該≥0，估計(jì)你是理解成生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式中的生產(chǎn)者了。可以反過(guò)來(lái)想，>0 意味著沒有阻塞的線程，所以只有 ≤0 時(shí)才需要喚醒一個(gè)等待的線程。
down()、up()應(yīng)配對(duì)使用，并按序使用：
- 先調(diào)用down()，獲取鎖
- 執(zhí)行處理完后，調(diào)用up()，釋放鎖
若信號(hào)量init值為1，并發(fā)場(chǎng)景下應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)>0情況，除非故意調(diào)先用up()，但這也失去了信號(hào)量的意義。
注意，這些方法都是原子性的，由信號(hào)量模型的實(shí)現(xiàn)方保證。JDK里的信號(hào)量模型就是由Semaphore實(shí)現(xiàn)，Semaphore保證了這三個(gè)方法都是原子操作。
- talk is cheap，show me code？
信號(hào)量模型中的down()、up()最早被稱為P操作和V操作，信號(hào)量模型也稱PV原語(yǔ)。還有的人會(huì)用semWait()和semSignal()表達(dá)它們，叫法不同，語(yǔ)義都相同。JUC的acquire()、release()分別對(duì)應(yīng)down()和up()。
如何使用信號(hào)量?
就像信號(hào)燈，必須先檢查是否為綠燈才能通過(guò)。比如累加器，count+=1操作是個(gè)臨界區(qū)，只允許一個(gè)線程執(zhí)行，也就是說(shuō)要保證互斥。
假設(shè)線程t1、t2同時(shí)訪問add()，當(dāng)同時(shí)調(diào)用acquire時(shí)，由于acquire是個(gè)原子操作，僅會(huì)有一個(gè)線程(假設(shè)t1)把信號(hào)量里的計(jì)數(shù)器減為0，t2則是將計(jì)數(shù)器減為-1：
- 對(duì)t1，信號(hào)量里面的計(jì)數(shù)器的值是0，≥0，所以t1不會(huì)被阻塞，而是繼續(xù)執(zhí)行
- 對(duì)t2，信號(hào)量里面的計(jì)數(shù)器的值是-1，<0，所以t2被阻塞
所以此時(shí)只有t1會(huì)進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行count+=1。
當(dāng)t1執(zhí)行release()，信號(hào)量里計(jì)數(shù)器的值是-1，加1之后的值是0，≤0，根據(jù)up()，此時(shí)等待隊(duì)列中的t2會(huì)被喚醒。于是t2在t1執(zhí)行完臨界區(qū)代碼后，才獲得進(jìn)入臨界區(qū)執(zhí)行的機(jī)會(huì)，這就保證了互斥。
既然有JDK提供了Lock，為啥還要提供一個(gè)Semaphore ?
實(shí)現(xiàn)互斥鎖，僅是 Semaphore的部分功能，Semaphore還可以允許多個(gè)線程訪問一個(gè)臨界區(qū)。
最常見的就是各種池化資源，比如數(shù)據(jù)庫(kù)連接池，同一時(shí)刻，允許多個(gè)線程同時(shí)使用連接池。每個(gè)連接在被釋放前，不允許其他線程使用。
對(duì)象池要求一次性創(chuàng)建出N個(gè)對(duì)象，之后所有的線程重復(fù)利用這N個(gè)對(duì)象，當(dāng)然對(duì)象在被釋放前，也是不允許其他線程使用的。所以核心就是限流器，這里的限流指不允許多于N個(gè)線程同時(shí)進(jìn)入臨界區(qū)。
如何快速實(shí)現(xiàn)一個(gè)這樣的限流器呢?
那就是信號(hào)量。把計(jì)數(shù)器的值設(shè)置成對(duì)象池里對(duì)象的個(gè)數(shù)N即可：
注意這里使用的是 Vector，進(jìn)入臨界區(qū)的N個(gè)線程不安全。add/remove都是不安全的。比如 ArrayList remove() ：
好的，請(qǐng)回家等通知吧!
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