JUC怎么模擬AND型信號量

這篇文章主要介紹“JUC怎么模擬AND型信號量”，在日常操作中，相信很多人在JUC怎么模擬AND型信號量問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”JUC怎么模擬AND型信號量”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

1.一個錯誤示例

在這里，首先解釋一下，為了滿足線程申請信號量不成功后將進程阻塞，并插入到對應的隊列中，所以使用了ReentrantLock+Condition來實現Swait方法。廢話不多說，直接上代碼：

//數據定義  static Lock lock = new ReentrantLock();  static Condition condition1 = lock.newCondition();  static Condition condition2 = lock.newCondition();  public static void Swait(String id, Semaphore s1, Semaphore s2) throws InterruptedException {  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  log.info("當前的兩個信號量的狀態：【{},{}】", s1.availablePermits(), s2.availablePermits());  //availablePermits可獲取到信號量中還剩余的值  if(s1.availablePermits() < 1 || s2.availablePermits() < 1){  if (s1.availablePermits() < 1) {  log.info("線程【{}】被掛起到信號量【{}】中", id, s1);  //阻塞，并插入到condition1的阻塞隊列中  condition1.await();  } else {  log.info("線程【{}】被掛起到信號量【{}】中", id, s2);  //阻塞，并插入到condition2的阻塞隊列中  condition2.await();  }  log.info("被掛起的線程【{}】被喚醒執行。", id);  } else {  log.info("為線程【{}】分配資源！", id);  s1.acquire();  s2.acquire();  }  lock.unlock();  }  public static void Ssignal(Semaphore s1, Semaphore s2) throws InterruptedException {  log.info("線程【{}】執行了釋放資源", id);  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  s1.release();  s2.release();  //喚醒等待隊列中的線程  condition.signal();  lock.unlock();  }

 大家仔細看上面的代碼，這個也是我剛開始寫的代碼，第一眼看似乎是沒什么問題，但是里面隱藏著一個坑，在Swait方法中，調用condition1.await()，此時線程被阻塞在這一行中，但是當被別的線程(調用Ssignal)喚醒時，在被阻塞的下一行開始繼續執行，但是在后續的代碼里，是沒有去申請信號量的，而是直接就Swait成功了，這樣在執行Ssignal時就會導致信號量憑空的增加了，也就無法正確的表征系統中的資源數量了。

2.一個簡單的示例

 下面我們就對代碼進行優化，大家可以回顧一下AND型信號量，當其因為資源不足時，需要將線程插入到第一個無法滿足條件(即Si<1)的信號量對應的等待隊列中，并且將程序計數器放置到Swait操作的開始處，所以我們對Swait代碼進行修改如下：

public static void Swait(String id, Semaphore s1, Semaphore s2) throws InterruptedException {  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  log.info("當前的兩個信號量的狀態：【{},{}】", s1.availablePermits(), s2.availablePermits());  //如果申請不到，就掛起線程，并將線程插入到condition的隊列中  while (s1.availablePermits() < 1 || s2.availablePermits() < 1) {  if (s1.availablePermits() < 1) {  log.info("線程【{}】被掛起到信號量【{}】中", id, s1);  condition1.await();  } else {  log.info("線程【{}】被掛起到信號量【{}】中", id, s2);  condition2.await();  }  log.info("被掛起的線程【{}】被喚醒執行。", id);  }  log.info("為線程【{}】分配資源！", id);  s1.acquire();  s2.acquire();  lock.unlock();  }

 在上面的代碼中，我們將請求的資源放到一個循環條件中，以滿足將程序計數器放置到Swait操作的開始處，在每次被喚醒后都要重新判斷資源是否足夠，如果足夠才跳出循環，否則就再次自我阻塞。

3.一個可以同時申請N個的Swait操作

 如果你知道了信號量的種類數(系統中的資源類型)，其實上面的代碼已經可以滿足一定的需要了，只需要我們將所有的信號量寫入到參數列表中即可。但是對于致力于代碼的復用，這里就有些差強人意了，因此我們再次對代碼進行改進，代碼如下所示：

public static void Swait(String id, Semaphore... list) throws InterruptedException {  lock.lock();  //如果資源不足，就掛起線程，并將線程插入到condition的隊列中  while (true) {  int count=0;  //循環判斷參數列表中信號量的可用值  for (Semaphore semaphore:list){  if(semaphore.availablePermits()>0){  count++;  }  }  //如果資源都滿足，則跳出循環，進行資源分配  if(count == list.length){  break;  }  log.info("線程【{}】被掛起-----", id);  //將當前線程阻塞  condition1.await();  log.info("被掛起的線程【{}】被喚醒執行。", id);  }  log.info("為線程【{}】分配資源！", id);  //分配資源  for (Semaphore semaphore:list){  semaphore.acquire();  }  lock.unlock();  }  public static void Ssignal(String id, Semaphore... list) throws InterruptedException {  log.info("線程【{}】執行了釋放資源", id);  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  //循環釋放信號量  for (Semaphore semaphore:list){  semaphore.release();  }  //喚醒等待隊列中的線程  condition.signal();  lock.unlock();  }

 為此，我們將方法中的信號量列表改為可變的參數列表，這樣在傳參的時候就可以方便的進行了，但是也會存才一些問題，比如無法約束“借出”與“歸還”的信號量的數量是否一致。并且因為信號量的數量不定，所以無法為每個信號量新建一個條件變量(Condition)，因此在上面的代碼中所有的信號量公用一個條件變量，所有阻塞的線程都插入在其阻塞隊列中。

4.一個完整的例子

這里我們使用一個經典的進程同步問題來演示我們使用Java模擬的AND型信號量，在這里，我們采用生產者&ndash;消費者問題來演示，完整的代碼如下：

//用來保證互斥的訪問臨界區(緩存區)  static final Semaphore mutex = new Semaphore(1);  //緩沖區，最大容量為50  static List<Integer> buffer = new ArrayList<>();  //緩沖區中還可放入的消息數量  static final Semaphore empty = new Semaphore(50);  //緩沖區中的消息數量  static final Semaphore full = new Semaphore(0);  //可重入鎖和條件變量  static Lock lock = new ReentrantLock();  static Condition condition = lock.newCondition();  //用與輔助的簡單的生成消息  static Integer count = 0;  //生產者  static class Producer extends Thread {  Producer(String name) {  super.setName(name);  }  @Override  public void run() {  do {  try {  Swait(this.getName(), mutex, empty);  log.info("生產了一條消息：【{}】", count);  buffer.add(count++);  Thread.sleep(1000);  Ssignal(this.getName(), mutex, full);  } catch (InterruptedException e) {  log.error("生產消息時產生異常！");  }  } while (true);  }  }  //消費者  static class Consumer extends Thread {  Consumer(String name) {  super.setName(name);  }  @Override  public void run() {  do {  try {  Swait(this.getName(), mutex, full);  log.info("消費了一條消息：【{}】", buffer.remove(0));  Thread.sleep(1000);  Ssignal(this.getName(), mutex, empty);  } catch (InterruptedException e) {  log.error("消費消息時產生異常！");  }  } while (true);  }  }  public static void Swait(String id, Semaphore... list) throws InterruptedException {  lock.lock();  //如果資源不足，就掛起線程，并將線程插入到condition的隊列中  while (true) {  int count=0;  for (Semaphore semaphore:list){  if(semaphore.availablePermits()>0){  count++;  }  }  if(count == list.length){  break;  }  log.info("線程【{}】被掛起", id);  condition.await();  log.info("被掛起的線程【{}】被喚醒執行。", id);  }  log.info("為線程【{}】分配資源！", id);  for (Semaphore semaphore:list){  semaphore.acquire();  }  lock.unlock();  }  public static void Ssignal(String id, Semaphore... list) throws InterruptedException {  log.info("線程【{}】執行了釋放資源", id);  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  for (Semaphore semaphore:list){  semaphore.release();  }  //喚醒等待隊列中的一個線程  condition.signal();  lock.unlock();  }  public static void main(String[] args) {  Producer p1 = new Producer("p1");  Consumer c1 = new Consumer("c1");  p1.start();  c1.start();  }

上面代碼都是可以直接執行的，如果不需要使用參數列表，可以將上面的Swait方法進行替換即可(記得創建對應的條件變量)。

到此，關于“JUC怎么模擬AND型信號量”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！