Java 并发专题 ： Semaphore 实现 互斥 与 连接池

继续并发方面的知识。今天介绍Semaphore，同样在java.util.concurrent包下。

本来准备通过例子，从自己实现到最后使用并发工具实现，但是貌似效果并不是很好，有点太啰嗦的感觉，所有准备直入主题。

介绍：Semaphore中管理着一组虚拟的许可，许可的初始数量可通过构造函数来指定【new Semaphore(1);】，执行操作时可以首先获得许可【semaphore.acquire();】，并在使用后释放许可【semaphore.release();】。如果没有许可，那么acquire方法将会一直阻塞直到有许可（或者直到被终端或者操作超时）。

作用：可以用来控制同时访问某个特定资源的操作数量，或者某个操作的数量。

下面使用Semaphore实现两个例子：

1、互斥

大家都学过操作系统，都知道互斥的概念，比较简单的互斥实现，比如PV操作，判断资源，然后忙等实现互斥；上一篇博客也说过，忙等对CPU的消耗巨大，下面我们通过Semaphore来实现一个比较好的互斥操作：

假设我们公司只有一台打印机，我们需要对这台打印机的打印操作进行互斥控制：

package com.zhy.concurrency.semaphore;

import java.util.concurrent.Semaphore;

/**
 * 使用信号量机制，实现互斥访问打印机
 * 
 * @author zhy
 * 
 */
public class MutexPrint
{

	/**
	 * 定义初始值为1的信号量
	 */
	private final Semaphore semaphore = new Semaphore(1);

	/**
	 * 模拟打印操作
	 * @param str
	 * @throws InterruptedException
	 */
	public void print(String str) throws InterruptedException
	{
		//请求许可
		semaphore.acquire();
		
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" enter ...");
		Thread.sleep(1000);
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在打印 ..." + str);
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" out ...");
		//释放许可
		semaphore.release();
	}

	public static void main(String[] args)
	{
		final MutexPrint print = new MutexPrint();

		/**
		 * 开启10个线程，抢占打印机
		 */
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			new Thread()
			{
				public void run()
				{
					try
					{
						print.print("helloworld");
					} catch (InterruptedException e)
					{
						e.printStackTrace();
					}
				};
			}.start();
		}

	}

}

输出结果：

Thread-1 enter ...
Thread-1正在打印 ...helloworld
Thread-1 out ...
Thread-2 enter ...
Thread-2正在打印 ...helloworld
Thread-2 out ...
Thread-0 enter ...
Thread-0正在打印 ...helloworld
Thread-0 out ...
Thread-3 enter ...
Thread-3正在打印 ...helloworld
Thread-3 out ...

通过初始值为1的Semaphore，很好的实现了资源的互斥访问。

2、连接池的模拟实现

在项目中处理高并发时，一般数据库都会使用数据库连接池，假设现在数据库连接池最大连接数为10，当10个连接都分配出去以后，现在有用户继续请求连接，可能的处理：

a、手动抛出异常，用户界面显示，服务器忙，稍后再试

b、阻塞，等待其他连接的释放

从用户体验上来说，更好的选择当然是阻塞，等待其他连接的释放，用户只会觉得稍微慢了一点，并不影响他的操作。下面使用Semaphore模拟实现一个数据库连接池：

package com.zhy.concurrency.semaphore;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Semaphore;
/**
 * 使用Semaphore模拟数据库链接池的使用
 * @author zhy
 *
 */
public class ConnectPool
{
	private final List<Conn> pool = new ArrayList<Conn>(3);
	private final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

	/**
	 * 初始化分配3个连接
	 */
	public ConnectPool()
	{
		pool.add(new Conn());
		pool.add(new Conn());
		pool.add(new Conn());
	}

	/**
	 * 请求分配连接
	 * @return
	 * @throws InterruptedException
	 */
	public Conn getConn() throws InterruptedException
	{
		semaphore.acquire();
		Conn c = null  ;
		synchronized (pool)
		{
			c = pool.remove(0);
		}
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get a conn " + c);
		return c ;
	}
	
	/**
	 * 释放连接
	 * @param c
	 */
	public void release(Conn c)
	{
		pool.add(c);
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" release a conn " + c);
		semaphore.release();
	}

	public static void main(String[] args)
	{

		final ConnectPool pool = new ConnectPool();
		
		/**
		 * 第一个线程占用1个连接3秒
		 */
		new Thread()
		{
			public void run()
			{
				try
				{
					Conn c = pool.getConn();
					Thread.sleep(3000);
					pool.release(c);
				} catch (InterruptedException e)
				{
					e.printStackTrace();
				}
			};
		}.start();
		/**
		 * 开启3个线程请求分配连接
		 */
		for (int i = 0; i < 3; i++)
		{
			new Thread()
			{
				public void run()
				{
					try
					{
						Conn c = pool.getConn();
					} catch (InterruptedException e)
					{
						e.printStackTrace();
					}
				};
			}.start();
		}

	}

	private class Conn
	{
	}

}

Thread-0 get a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@12b6651
Thread-2 get a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@e53108
Thread-1 get a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@1888759
Thread-0 release a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@12b6651
Thread-3 get a conn com.zhy.concurrency.semaphore.ConnectPool$Conn@12b6651

我们测试时，让Thread-0持有一个连接3秒，然后瞬间让3个线程再去请求分配连接，造成Thread-3一直等到Thread-0对连接的释放，然后获得连接。

通过两个例子，基本已经了解了Semaphore的用法，这里的线程池例子只是为了说明Semaphore的用法，真实的实现代码比这复杂的多，而且可能也不会直接用Semaphore。

好了，之后会继续Java并发的博客。