如何使用java并發工具Semaphore和Exchanger

這篇文章將為大家詳細講解有關如何使用java并發工具Semaphore和Exchanger，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

1. 控制資源并發訪問--Semaphore

Semaphore可以理解為信號量，用于控制資源能夠被并發訪問的線程數量，以保證多個線程能夠合理的使用特定資源。

Semaphore就相當于一個許可證，線程需要先通過acquire方法獲取該許可證，該線程才能繼續往下執行，否則只能在該方法出阻塞等待。當執行完業務功能后，需要通過release()方法將許可證歸還，以便其他線程能夠獲得許可證繼續執行。

Semaphore可以用于做流量控制，特別是公共資源有限的應用場景，比如數據庫連接。假如有多個線程讀取數據后，需要將數據保存在數據庫中，而可用的最大數據庫連接只有10個，這時候就需要使用Semaphore來控制能夠并發訪問到數據庫連接資源的線程個數最多只有10個。在限制資源使用的應用場景下，Semaphore是特別合適的。

下面來看下Semaphore的主要方法：

//獲取許可，如果無法獲取到，則阻塞等待直至能夠獲取為止void acquire() throws InterruptedException//同acquire方法功能基本一樣，只不過該方法可以一次獲取多個許可void acquire(int permits) throws InterruptedException//釋放許可void release()//釋放指定個數的許可void release(int permits)//嘗試獲取許可，如果能夠獲取成功則立即返回true，否則，則返回falseboolean tryAcquire()//與tryAcquire方法一致，只不過這里可以指定獲取多個許可boolean tryAcquire(int permits)//嘗試獲取許可，如果能夠立即獲取到或者在指定時間內能夠獲取到，則返回true，否則返回falseboolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException//與上一個方法一致，只不過這里能夠獲取多個許可boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)//返回當前可用的許可證個數int availablePermits()//返回正在等待獲取許可證的線程數int getQueueLength()//是否有線程正在等待獲取許可證boolean hasQueuedThreads()//獲取所有正在等待許可的線程集合Collection<Thread> getQueuedThreads()

另外，在Semaphore的構造方法中還支持指定是夠具有公平性，默認的是非公平性，這樣也是為了保證吞吐量。

一個例子

下面用一個簡單的例子來說明Semaphore的具體使用。我們來模擬這樣一樣場景。有一天，班主任需要班上10個同學到講臺上來填寫一個表格，但是老師只準備了5支筆，因此，只能保證同時只有5個同學能夠拿到筆并填寫表格，沒有獲取到筆的同學只能夠等前面的同學用完之后，才能拿到筆去填寫表格。該示例代碼如下：

public class SemaphoreDemo {//表示老師只有10支筆private static Semaphore semaphore = new Semaphore(5);public static void main(String[] args) {//表示50個學生ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);for (int i = 0; i < 10; i++) {service.execute(() -> {try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 同學準備獲取筆......");semaphore.acquire();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 同學獲取到筆");System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 填寫表格ing.....");TimeUnit.SECONDS.sleep(3);semaphore.release();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});}service.shutdown();}}

輸出結果：

pool-1-thread-1 同學準備獲取筆......pool-1-thread-1 同學獲取到筆pool-1-thread-1 填寫表格ing.....pool-1-thread-2 同學準備獲取筆......pool-1-thread-2 同學獲取到筆pool-1-thread-2 填寫表格ing.....pool-1-thread-3 同學準備獲取筆......pool-1-thread-4 同學準備獲取筆......pool-1-thread-3 同學獲取到筆pool-1-thread-4 同學獲取到筆pool-1-thread-4 填寫表格ing.....pool-1-thread-3 填寫表格ing.....pool-1-thread-5 同學準備獲取筆......pool-1-thread-5 同學獲取到筆pool-1-thread-5 填寫表格ing.....pool-1-thread-6 同學準備獲取筆......pool-1-thread-7 同學準備獲取筆......pool-1-thread-8 同學準備獲取筆......pool-1-thread-9 同學準備獲取筆......pool-1-thread-10 同學準備獲取筆......pool-1-thread-4 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-9 同學獲取到筆pool-1-thread-9 填寫表格ing.....pool-1-thread-5 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-7 同學獲取到筆pool-1-thread-7 填寫表格ing.....pool-1-thread-8 同學獲取到筆pool-1-thread-8 填寫表格ing.....pool-1-thread-1 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-6 同學獲取到筆pool-1-thread-6 填寫表格ing.....pool-1-thread-3 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-2 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-10 同學獲取到筆pool-1-thread-10 填寫表格ing.....pool-1-thread-7 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-9 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-8 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-6 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！pool-1-thread-10 填寫完表格，歸還了筆！！！！！！

根據輸出結果進行分析，Semaphore允許的最大許可數為5，也就是允許的最大并發執行的線程個數為5，可以看出，前5個線程（前5個學生）先獲取到筆，然后填寫表格，而6-10這5個線程，由于獲取不到許可，只能阻塞等待。

當線程pool-1-thread-4釋放了許可之后，pool-1-thread-9就可以獲取到許可，繼續往下執行。對其他線程的執行過程，也是同樣的道理。

從這個例子就可以看出，Semaphore用來做特殊資源的并發訪問控制是相當合適的，如果有業務場景需要進行流量控制，可以優先考慮Semaphore。

2.線程間交換數據的工具--Exchanger

Exchanger是一個用于線程間協作的工具類，用于兩個線程間能夠交換。它提供了一個交換的同步點，在這個同步點兩個線程能夠交換數據。

具體交換數據是通過exchange方法來實現的，如果一個線程先執行exchange方法，那么它會同步等待另一個線程也執行exchange方法，這個時候兩個線程就都達到了同步點，兩個線程就可以交換數據。

Exchanger除了一個無參的構造方法外，主要方法也很簡單：

//當一個線程執行該方法的時候，會等待另一個線程也執行該方法，因此兩個線程就都達到了同步點//將數據交換給另一個線程，同時返回獲取的數據V exchange(V x) throws InterruptedException//同上一個方法功能基本一樣，只不過這個方法同步等待的時候，增加了超時時間V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException, TimeoutException

一個例子

Exchanger理解起來很容易，這里用一個簡單的例子來看下它的具體使用。我們來模擬這樣一個情景，在青春洋溢的中學時代，下課期間，男生經常會給走廊里為自己喜歡的女孩子送情書，相信大家都做過這樣的事情吧 ：)。男孩會先到女孩教室門口，然后等女孩出來，教室那里就是一個同步點，然后彼此交換信物，也就是彼此交換了數據。現在，就來模擬這個情景。

public class ExchangerDemo {private static Exchanger<String> exchanger = new Exchanger();public static void main(String[] args) {//代表男生和女生ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);service.execute(() -> {try {//男生對女生說的話String girl = exchanger.exchange("我其實暗戀你很久了......");System.out.println("女孩兒說：" + girl);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});service.execute(() -> {try {System.out.println("女生慢慢的從教室你走出來......");TimeUnit.SECONDS.sleep(3);//男生對女生說的話String boy = exchanger.exchange("我也很喜歡你......");System.out.println("男孩兒說：" + boy);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});}}

輸出結果：

女生慢慢的從教室你走出來......男孩兒說：我其實暗戀你很久了......女孩兒說：我也很喜歡你......

這個例子很簡單，也很能說明Exchanger的基本使用。當兩個線程都到達調用exchange方法的同步點的時候，兩個線程就能交換彼此的數據。

關于如何使用java并發工具Semaphore和Exchanger就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。