一、什麼是信號量
“信號量”在編程術語中使用單詞semaphore，那什麼是“信號量”？信號量就好比你家廚房入口架子上擺了三把鍋。
- 如果你的孩子熱奶拿走一把，你的老婆熱湯拿走一把，你的媽媽做菜拿走一把，你想煮麪條就沒有鍋了。當你看到這種情況，你就不會進入廚房了，你處於等待狀態。也就說廚房按照“鍋的數量”作爲信號量，只能容納三個人(線程)。
- 當你的老婆熱完湯之後，把鍋重新放回架子上，你就可以去獲得一個鍋，你就可以進入廚房了。
二、信號量類Semaphore
通過上文的介紹，我們可以總結出信號量的重要組成部分
- 計數器：計算信號量的使用情況，鍋(信號)被使用一次減1，鍋(信號)被還回一次加1
- 等待隊列：當任務數量大於信號量數量上限的時候，任務進入等待隊列
信號量在JDK中是由 java.util.concurrent.Semaphore 實現的，Semaphore提供了兩個構造函數。permits參數代表信號量的數量(鍋的數量)，fair代表信號量的獲取是否遵循公平原則。所謂的公平原則就是：先啓動的線程先調用semaphore.acquire();方法，就先得到一個信號“鍋”(permit)，遵循先來後到的原則。
public Semaphore(int permits)
public Semaphore(int permits, boolean fair)
常用方法列表
| 方法名 | 作用 |
|---|---|
| acquire() | 獲取一個permit，在獲取到permit之前，線程處於阻塞狀態 |
| tryAcquire() | 嘗試獲取一個permit，獲取成功返回true，否則返回false，不阻塞線程 |
| tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) | 和tryAcquire()大部分實現一樣，區別是提供超時設置，在超時時間範圍內多次嘗試，不阻塞線程。 |
| availablePermits() | 獲取目前剩餘的信號permit的數量 |
| release() | 釋放一個permit，並喚醒一個等待信號permit的線程 |
| hasQueuedThreads() | 返回值boolean類型，判斷等待隊列中是否存在等待線程 |
| getQueueLength() | 獲取等待隊列中等待線程的數量 |
三、實現限流器
通過上面的介紹，我相信大家肯定可以想到Semaphore的應用場景。比如：
- 醫院門診排號器，三個在崗醫生就是3個信號permit，當超出信號量數量的時候，想就診就只能等待
- 停車場停車功能，n個車位就是n個信號permit，當超出信號量數量的時候，想停車也只能等待
應用場景還有很多很多，大家自己去發會創造力吧。其實無論多少種應用場景說白了：Semaphore實現的就是一個限流器。我們還是以我們家的廚房kitchen裏面的三把鍋wok爲例，實現基於信號量的限流。
public class TestKitchenSemaphore {
//信號量-3把鍋
private static Semaphore threeWoks = new Semaphore(3);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//模擬5個人搶佔3把鍋的場景
for(int i=0;i < 5;i++){
Thread.sleep(1000); //模擬進入廚房的先後順序，存在時間間隔
new Thread(() -> {
try {
threeWoks.acquire(); //獲取一個permit，信號量計數器減1
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "拿走了一把鍋，還剩" + threeWoks.availablePermits() + "把鍋");
Thread.sleep(new Random().nextInt(5000)); //模擬使用鍋的時長
threeWoks.release();//釋放permit，信號量計數器加1
System.out.println(Thread.currentThread().getName()
+ "還回一把鍋，還剩" + threeWoks.availablePermits() + "把鍋");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
}
上文代碼的輸出如下，我們可以看到每acquire一次信號量減1，每release一次信號量加1。信號量的上限是3，下限是0。當達到上限的時候，只有等先佔據鍋permit的線程釋放，其他線程才能獲取到鍋permit。
Thread-0拿走了一把鍋，還剩2把鍋
Thread-1拿走了一把鍋，還剩1把鍋
Thread-2拿走了一把鍋，還剩0把鍋 => 備註：5個線程只能獲取3個鍋（上限）
Thread-1還回一把鍋，還剩1把鍋
Thread-3拿走了一把鍋，還剩0把鍋 => 備註：被還回才能被再次佔用，不超過3
Thread-0還回一把鍋，還剩1把鍋
Thread-4拿走了一把鍋，還剩0把鍋 => 備註：被還回才能被再次佔用，不超過3
Thread-2還回一把鍋，還剩1把鍋
Thread-3還回一把鍋，還剩2把鍋
Thread-4還回一把鍋，還剩3把鍋 => 備註：用完依次釋放
歡迎關注我的博客，更多精品知識合集
本文轉載註明出處（必須帶連接，不能只轉文字）：字母哥博客 - zimug.com
覺得對您有幫助的話，幫我點贊、分享！您的支持是我不竭的創作動力！。另外，筆者最近一段時間輸出瞭如下的精品內容，期待您的關注。