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Java中如何用Semaphore限制资源访问

裘德小鎮的故事
发布: 2025-06-19 23:18:02
原创
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semaphore的公平性会影响性能,1.公平模式下等待时间最长的线程优先获得许可,避免饥饿但增加开销;2.非公平模式允许插队,提高吞吐量但可能导致线程长时间等待;3.默认是非公平模式。处理异常时需捕获interruptedexception并重新中断,使用try-finally确保释放许可。semaphore与reentrantlock的区别在于,1.reentrantlock用于互斥访问和代码块保护,支持可重入和条件变量;2.semaphore控制多个资源的并发访问,适用于资源池等场景。选择依据是需求:需要互斥和高级功能用reentrantlock,控制多资源并发用semaphore。

Java中如何用Semaphore限制资源访问

在Java中,Semaphore用于控制对共享资源的并发访问数量。它本质上是一个计数器,可以用来限制同时访问特定资源的线程数量。当计数器大于零时,允许线程访问;当计数器为零时,线程必须等待。

Java中如何用Semaphore限制资源访问
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class ResourcePool {

    private final Semaphore semaphore;
    private final Object[] resources;
    private final boolean[] used;

    public ResourcePool(int poolSize) {
        this.semaphore = new Semaphore(poolSize);
        this.resources = new Object[poolSize];
        this.used = new boolean[poolSize];

        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
            resources[i] = new Object(); // 假设资源是Object
            used[i] = false;
        }
    }

    public Object acquire() throws InterruptedException {
        semaphore.acquire(); // 请求一个许可,如果许可不可用,则阻塞
        return getResource();
    }

    public void release(Object resource) {
        if (returnResource(resource)) {
            semaphore.release(); // 释放一个许可
        }
    }

    private synchronized Object getResource() {
        for (int i = 0; i < resources.length; i++) {
            if (!used[i]) {
                used[i] = true;
                return resources[i];
            }
        }
        return null; // 不应该发生
    }

    private synchronized boolean returnResource(Object resource) {
        for (int i = 0; i < resources.length; i++) {
            if (resources[i] == resource) {
                if (used[i]) {
                    used[i] = false;
                    return true;
                } else {
                    // 资源已经被释放
                    return false;
                }
            }
        }
        return false; // 资源不在池中
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ResourcePool pool = new ResourcePool(3);

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int threadId = i;
            new Thread(() -> {
                try {
                    Object resource = pool.acquire();
                    System.out.println("Thread " + threadId + " acquired resource: " + resource);
                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); // 模拟使用资源
                    pool.release(resource);
                    System.out.println("Thread " + threadId + " released resource: " + resource);

                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }).start();
        }

        Thread.sleep(5000); // 等待一段时间让线程完成
    }
}
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Semaphore的公平性如何影响性能?

Semaphore可以配置为公平或非公平模式。公平模式下,等待时间最长的线程会优先获得许可。非公平模式下,线程可以“插队”,即如果当前有可用许可,即使有其他线程在等待,当前线程也可能获得许可。

Java中如何用Semaphore限制资源访问

公平性保证了所有线程都有机会访问资源,避免了饥饿现象。然而,公平性会带来额外的开销,因为需要维护等待队列的顺序。非公平模式通常具有更高的吞吐量,因为线程可以更快地获得许可,但可能会导致某些线程长时间等待。

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Java中如何用Semaphore限制资源访问

选择哪种模式取决于具体应用场景。如果对公平性有严格要求,则应选择公平模式。如果性能是关键,则可以选择非公平模式。默认情况下,Semaphore是非公平的。

如何处理Semaphore使用中的异常情况?

在使用Semaphore时,需要处理InterruptedException异常,该异常可能在acquire()方法中抛出。这通常发生在线程在等待许可时被中断的情况下。处理InterruptedException的常见做法是捕获异常并执行一些清理工作,例如释放已经持有的资源,然后重新抛出中断异常,以便调用链上的其他代码可以处理中断事件。

此外,还需要注意Semaphore的释放操作。如果线程在没有持有许可的情况下调用release()方法,Semaphore的计数器可能会超出其初始值,这可能会导致并发问题。为了避免这种情况,应该始终确保线程在释放许可之前已经成功获取了许可。可以使用try-finally块来确保即使在发生异常的情况下,许可也能被正确释放。

Semaphore与ReentrantLock的区别是什么,何时使用哪个?

Semaphore和ReentrantLock都可以用于控制对共享资源的并发访问,但它们的设计目标和使用方式有所不同。

ReentrantLock提供了一种互斥锁机制,它只允许一个线程在任何给定时间访问临界区。ReentrantLock还提供了更多的功能,例如可重入性、公平性选择和条件变量。ReentrantLock通常用于保护代码块,确保在执行代码块期间只有一个线程可以访问共享资源。

Semaphore则是一种更通用的同步工具,它可以控制对多个资源的并发访问数量。Semaphore可以用于实现各种并发模式,例如有界队列、资源池和信号量。Semaphore通常用于控制对资源的访问,而不是保护代码块。

选择使用Semaphore还是ReentrantLock取决于具体的需求。如果需要互斥访问和更高级的锁定功能,则应选择ReentrantLock。如果需要控制对多个资源的并发访问数量,则应选择Semaphore。一般来说,如果只需要简单的互斥访问,synchronized关键字通常就足够了。

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