学不会手写Semaphore？让你彻底搞懂！
2023-06-29 22:12:25
Semaphore：控制线程访问共享资源的并发工具
并发编程中的同步难题
在多线程并发环境下，共享资源的访问控制至关重要。如果没有适当的同步机制，线程可能会同时访问同一资源，导致数据损坏或程序崩溃。为了解决这一难题，并发编程中引入了Semaphore。
Semaphore：计数器式同步
Semaphore是一种并发工具，通过一个计数器来控制线程对共享资源的访问。这个计数器表示可以同时访问该资源的线程数量。当一个线程试图访问共享资源时，它需要先获取Semaphore。如果Semaphore的计数器大于0，则允许线程继续执行；否则，线程需要等待，直到Semaphore的计数器大于0。
Semaphore的原理：AQS的强大支撑
Semaphore的实现基于AbstractQueuedSynchronizer (AQS) 框架。AQS是一个抽象类，提供了同步原语的通用实现。Semaphore通过继承AQS来实现自己的同步功能。
AQS使用一个内部状态变量state来记录当前的同步状态。对于Semaphore来说，state是一个int类型的变量，表示Semaphore的计数器。当Semaphore的state大于0时，表示还有资源可用，线程可以继续执行；当Semaphore的state等于0时，表示所有资源都被占用，线程需要等待。
手写Semaphore：理解其底层机制
我们可以通过继承AQS来实现自己的Semaphore类。以下是一个简化的Semaphore实现：
public class Semaphore {
private int permits;
public Semaphore(int permits) {
this.permits = permits;
}
public void acquire() throws InterruptedException {
synchronized (this) {
while (permits <= 0) {
wait();
}
permits--;
}
}
public void release() {
synchronized (this) {
permits++;
notify();
}
}
}
在这个实现中，我们使用了一个int变量permits来保存Semaphore的计数器。acquire()方法用于获取Semaphore，release()方法用于释放Semaphore。
Semaphore的应用场景：从资源控制到线程协调
Semaphore可以应用于各种并发编程场景，包括：
- 控制线程访问共享资源： 防止资源超限使用，确保数据一致性。
- 实现线程间通信： 例如生产者-消费者模式，协调不同线程之间的任务分配。
- 实现线程同步： 等待所有线程完成任务再继续执行，确保程序的正确性。
总结：Semaphore的威力
Semaphore是一种用于控制线程访问共享资源的并发工具。它通过一个计数器来限制同时访问资源的线程数量。Semaphore的实现基于AQS框架，可以灵活地应用于各种并发编程场景，从资源控制到线程协调。理解Semaphore的原理和应用场景，可以帮助我们编写更加健壮和高效的并发程序。
常见问题解答
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Semaphore和锁有什么区别？
锁是二进制的（要么获取，要么释放），而Semaphore是一个计数器，可以表示更细粒度的资源可用性。
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如何设置Semaphore的初始计数？
在Semaphore的构造函数中设置初始计数。例如：
Semaphore semaphore = new Semaphore(5); -
如何检查Semaphore是否可用？
调用Semaphore的tryAcquire()方法，如果返回true，则Semaphore可用；否则，返回false。
-
Semaphore是否会阻塞线程？
是的，当Semaphore的计数器为0时，acquire()方法会阻塞线程。
-
如何避免Semaphore的死锁？
小心使用Semaphore，避免创建循环等待，其中多个线程相互等待彼此释放Semaphore。
