信号量(Semaphore)、闭锁(Latch)、栅栏(Barrier)
作者:互联网
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Semaphore、Barrier、Latch都属于同步工具类
1、信号量(Semaphore)
描述
计数信号量用来控制同时访问某个特定资源的操作数量,或者同时执行某个制定操作的数量。还可以用来实现资源池。
场景
信号量就是一个计数器,所以应用很广泛。
例如:我们构建一个有界队列,在队列满的时候希望阻塞而不是中断。那么信号量的大小就是队列的边界。
例如:网络请求中,每秒只允许100个请求进入系统,超过100个则需要阻塞,直到有请求完成或释放信号。
Semaphore
介绍:计数信号量;
主要方法:
// 方法1:创建一个计数为bound的信号量
Semaphore sem = new Semaphore(bound);
// 方法2:获取一个信号量(如果sem中的计数已经为0,则此方法阻塞,直到sem中有空闲的信号量)
sem.acquire();
// 方法3:释放一个信号量
sem.release();
使用方式:创建一个计数为n的信号量,然后当有请求或者有占用时,调用方法2拿走一个信号量。
案例:使用信号量来维护set的大小。
/**
* 使用信号量(semaphore)构建一个有界容器。信号量的值为容器的大小
* @Author: dhcao
* @Version: 1.0
*/
public class BoundedHashSet<T> {
private final Set<T> set;
private final Semaphore sem;
public BoundedHashSet(int bound) {
// 初始化信号量的值,作为set容器的边界
this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<T>());
this.sem = new Semaphore(bound);
}
/**
* 如果添加成功,则信号量的可用值减少一个;否则,被acquire占用的信号量要释放。
* @param o
* @return
* @throws InterruptedException
*/
public boolean add(T o) throws InterruptedException{
// 1. 尝试取获取一个信号量,如果获取不到,此方法阻塞,直到能够获取到信号量
sem.acquire();
boolean wasAdded = false;
try{
wasAdded = set.add(o);
return wasAdded;
} finally {
// 2. finaly会在return之前执行,但是不会改变return的值。
if (!wasAdded) {
// 3. 如果添加失败,则set没有增加数据,则信号量不需要计数,所以释放它。
sem.release();
}
}
}
/**
* 容器删除一个数据是,要释放对应的信号量
* @param o
* @return
*/
public boolean remove(Object o){
final boolean remove = set.remove(o);
if (remove) {
sem.release();
}
return remove;
}
}
2、闭锁(Latch)
描述
闭锁是以一种同步工具类,它的作用相当于一扇门:在闭锁到达结束状态之前,这扇门一直关闭,并且没有任何线程能够通过,当达到结束状态时,这扇门会打开并允许所有线程通过。(不能被重置,终态不可逆)
场景
闭锁的用法很多
例如:并发测试中,我们希望2000个线程同时开始执行。那么闭锁的结束状态:线程数目 = 2000。
例如:资源加载中,我们希望所有菜单加载完毕后才允许访问。那么闭锁的结束状态:所有菜单已加载。
例如:游戏加载中(lol或者dota??),我们希望所有玩家都就绪之后才开始游戏。那么闭锁的结束状态:所有玩家均就绪
CountDownLatch
介绍:顾名思义,这是一个计数器闭锁。
主要方法:
// 方法1:构造函数,计数器为n
CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(int n);
// 方法2:线程等待
startGate.await();
// 方法3:计数减1
startGate.countDown();
使用方式:线程调用方法2则开始等待,直到线程startGate 计数器为0;
案例1:创建n条线程,并让他们并发执行(同时开始,就像跑步一样,所有人就位之后同时开始)
/**
* nThreads条线程同时开始执行任务task
* @param nThreads 线程数量
* @param task 需要执行的任务
* @return
* @throws InterruptedException 线程中断异常交由客户端处理
*/
public static void timeTasks(int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException{
final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1);
for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
try {
// 1. 每条线程出来都开始等待;for循环共创建nThread条线程,线程就绪之后等待信号
startGate.await();
task.run();
}catch (InterruptedException ignored){
}
}
});
t.start();
}
// 2.startGate - 1 = 0;在1中等待的线程开始执行。即已经准备好的nThreads条线程同时开始执行
startGate.countDown();
}
案例2: 计算nThreads条线程并发执行任务的时间
/**
* 测试并发执行任务的时间(包含了创建线程的时间)
* @param nThreads 线程数量
* @param task 需要执行的任务
* @return 任务完成时间
* @throws InterruptedException 线程中断异常交由客户端处理
*/
public static long timeTasks(int nThreads, final Runnable task) throws InterruptedException{
final CountDownLatch startGate = new CountDownLatch(1);
final CountDownLatch endGate = new CountDownLatch(nThreads);
for (int i = 0; i < nThreads; i++) {
Thread t = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
try {
// 1. 每条线程出来都开始等待;for循环共创建nThread条线程,所有
startGate.await();
try{
task.run();
}finally {
// 2. 每条线程完成run任务之后,先等待着,直到nThreads线程都完成;
endGate.countDown();
}
}catch (Exception ignored){
}
}
});
t.start();
}
long start = System.nanoTime();
// 3.所有线程准备好之后,统一放行
startGate.countDown();
// 4.nThreads条线程都完成任务之后,endGate统计最后时间!
endGate.await();
long end = System.nanoTime();
return end - start;
}
上述案例在互联网项目中做并发测试时很有意义,所以选择了这2个例子。通常测试并发时,如果只是for循环创建线程再执行,其实线程还是有先后顺序的。如果使用Executor框架,代码又显得过于复杂,所以我常使用上述案例来做并发测试。
3、栅栏(Barrier)
描述
栅栏,顾名思义,是一个拦截屏障,类似于闭锁,它能阻塞一组线程直到某个事件发生。栅栏与闭锁的关键区别在于,所有线程必须同时到达栅栏位置,才能继续执行。闭锁用于等待事件,而栅栏用于等待其他线程。
场景
栅栏应用于很多依赖性场景
例如:考试时当所有考生都交卷之后,才能开始阅卷。
例如:约定所有人都到达公司楼下,才发车去郊游。
CyclicBarrier
介绍:顾名思义,这是一个循环屏障。它可以循环运行(区别于CountDownLatch终态之后不可复用)
主要方法:
// 方法1:创建一个栅栏;run为栅栏拦截的线程到齐之后进行的操作;n 为线程数目
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(int n, Runnable run);
// 方法2:被此栅栏约束的线程在等待
barrier.await();
使用方式:创建一个栅栏,然后将此栅栏传递给线程,代表此类型线程要被该栅栏约束。
案例
/**
* 5个同事去吃饭,约定在饭店门口见面
* @Author: dhcao
* @Version: 1.0
*/
public class BarrierUtil {
/**
* 定义同事类
*/
private static class Colleague extends Thread{
// 要约定栅栏;所有的同事实现类都要被此栅栏约束
private CyclicBarrier barrier;
Colleague(CyclicBarrier barrier, String name){
super(name);
this.barrier = barrier;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("同事:" + getName() + " 已经到达约定地点,等待其他人");
barrier.await();
System.out.println("人齐了,去吃饭");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (BrokenBarrierException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
int colleagueNum = 5;
// 1. 定义一个栅栏:5条线程到位之后执行run方法(由最后到达的线程执行)
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(colleagueNum, new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("执行此操作的线程:" + Thread.currentThread().getName() + "。所有人均已到达约定地点;领头进门....");
}
});
// 2. 将此栅栏约束在线程上(如果i<其他值)
for (int i = 0; i < colleagueNum; i++) {
new Colleague(barrier,"同事" + i).start();
}
}
}
标签:栅栏,nThreads,Barrier,信号量,线程,Semaphore,new,public 来源: https://www.cnblogs.com/dhcao/p/11710660.html