Java并发工具学习（八）——Semaphore和Condition

从这一篇博客开始，开始总结线程间协作，并发流程控制的工具类，这一篇主要介绍Semaphore和Condition

Semaphore中文译文为信号量，操作系统中也有同样的概念。类似于生活中常见的许可证的概念。在执行指定业务逻辑之前，需要先获取相关的许可证。在限流的使用场景中也有Semaphore的影子。

在Java中，信号量的作用是维护一个"许可证"的计数，线程可以获取许可证，获取成功信号量的个数就减一，同时线程也可以释放一个许可证，释放一个信号量就加一，当信号量所拥有的许可证数量为0，那么其他想要获取许可证的线程就需要等待，直到有另外的线程释放了许可证。

在初始化Semaphore的时候，需要初始化信号量个数，同时也可以设置对应的公平策略，如果指定为公平，那么Semaphore会把之前的等待线程放入到自己维护的一个FIFO队列中，信号量的分发会根据在FIFO队列中等待的时长来进行。

通过Semaphore获取信号量的方法有多个，大体上分为以下三类

如果执行完逻辑，可以调用release来释放信号量

简单实例

/**  * autor:liman  * createtime:2021/11/28  * comment:多个线程等待许可证  */ public class SemaphoreDemo01 {      static Semaphore semaphore = new Semaphore(3, true);//3个许可证，公平模式      public static void main(String[] args) {         ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(50);         for (int i = 0; i < 100; i++) {             executorService.submit(new Task());         }         //判断线程池是否停止         executorService.shutdown();         while(!executorService.isTerminated()){             //线程池没有执行完成任务，主线程就空转，直到线程池运行结束         }     }      static class Task implements Runnable {          @Override         public void run() {             try {                 semaphore.acquire();                 //获取多个信号量                 //semaphore.acquire(3);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿到了许可证");             try {                 Thread.sleep(2000);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }             semaphore.release();             //释放多个信号量             //semaphore.release(3);             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了许可证");         }     } } 

信号量的获取个数可以灵活指定，这在一定程度上可以根据线程耗费资源的程度进行侧重，比如有两个任务，一个是TaskA ，一个是TaskB，TaskA的执行需要耗费较多的资源，TaskB需要耗费较少的资源，我们可以定义3个信号量。执行TaskA需要获取全部信号量才能执行，而执行TaskB只需要获取一个信号量，这样TaskA和TaskB就永远不可能同时执行。

信号量需要注意的是，在获取和释放的时候，数量必须要保证一致，每次获取多少信号量就要释放多少信号量，如果某个线程获取了2个信号量，但是释放的时候，只释放了1个，随着时间的推移，总会有一个时间点，其他线程的信号量不够用了，这样会导致程序卡死。

信号量的获取和释放，可以不在同一个线程中执行，也许是线程A获取了3个信号量，线程B释放了3个信号量，这也是可行的，但要保证逻辑合理。

Condition是一个接口，其通过ReentrantLock创建，其作用非常类似于Object中的wait和notify的组合，在Conditon中变成了await和signal。关于wait和notify这两者可以参考之前的博客Thread和Object中的方法。

简单基本实例

/**  * autor:liman  * createtime:2021/11/28  * comment:普通的condition用法实例  */ @Slf4j public class ConditionDemo {      private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();     //condition由锁来实例化     private Condition condition = lock.newCondition();      public void method01(){         lock.lock();         try{             System.out.println("条件不满足，进入await");             //这里             condition.await();             System.out.println("条件满足，开始继续执行");         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         } finally {             lock.unlock();         }     }      public void method02(){         lock.lock();         try{             System.out.println("准备工作完成，唤醒其他线程");             condition.signal();         }finally {             lock.unlock();         }     }      public static void main(String[] args) {         ConditionDemo conditionDemo = new ConditionDemo();         new Thread(()->{             try {                 Thread.sleep(1000);                 conditionDemo.method02();//唤醒在condition上等待的线程             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }).start();         //主线程调用method01先行阻塞，在1秒之后，被上面新建的线程唤醒         conditionDemo.method01();     } } 

与notify相对应的，Condition也存在signal和signalAll两个方法，其中signalAll会唤醒Condition上等待的所有线程，而signal是公平的，只会唤醒等待时间最长的线程。

利用Condition实现的生产者消费者模式

/**  * autor:liman  * createtime:2021/11/28  * comment:condition实现生产者和消费者  */ @Slf4j public class ConditionProducerAndCustomer {      private int queueSize = 10;     private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<>(queueSize);     private Lock lock = new ReentrantLock();     private Condition notFull = lock.newCondition();     private Condition notEmpty = lock.newCondition();      class Customer extends Thread{         @Override         public void run() {             consume();         }          private void consume(){             while(true){//消费者一直消费                 lock.lock();                 try{                     while(queue.size() == 0){                         System.out.println("队列为空，消费者进入等待");                         try {                             notEmpty.await();//用notEmpty进行等待                         } catch (InterruptedException e) {                             e.printStackTrace();                         }                     }                     queue.poll();                     notFull.signal();//取出数据，同志爱生产者继续生产                     System.out.println("从队列取走了一个数据，队列剩余"+queue.size()+"个数据");                 }finally {                     lock.unlock();                 }             }         }     }      class Producer extends Thread{         @Override         public void run() {             produce();         }          private void produce(){             while(true){//生产者一直生产                 lock.lock();                 try{                     while(queue.size() == queueSize){                         System.out.println("队列已满，生产者进入等待");                         try {                             notFull.await();//用 notFull 进行等待                         } catch (InterruptedException e) {                             e.printStackTrace();                         }                     }                     queue.offer(new Random().nextInt(100));                     notEmpty.signalAll();//取出数据，同志爱生产者继续生产                     System.out.println("生产者向消费者插入了一个数据，队列剩余"+queue.size()+"个数据");                 }finally {                     lock.unlock();                 }             }         }     }      public static void main(String[] args) {         ConditionProducerAndCustomer conditionProducerAndCustomer = new ConditionProducerAndCustomer();         Producer producer = conditionProducerAndCustomer.new Producer();         Customer customer = conditionProducerAndCustomer.new Customer();         customer.start();         producer.start();     } } 

如果说Lock是用来替代synchronized关键字的，那么Condition其实可以理解为用来替代Object.wati/notify的，在用法和性质上，二者几乎没有区别。

await方法会释放lock的锁，和Object.wait一样，不需要自己手动先行释放

调用await的时候，也必须要持有lock锁，否则会出现异常（虽然编译的时候不会出现异常）

简单总结了一下Semaphore和Condition，下一篇总结一下CountDownLatch和CyclicBarrier