java.util.concurrent
类 Semaphore
java.lang.Object
java.util.concurrent.Semaphore
所有已实现的接口:
Serializable
public class Semaphoreextends Objectimplements Serializable一个计数信号量。
从概念上讲,信号量维护了一个许可集。
如有必要,在许可可用前会阻塞每一个 acquire(),然后再获取该许可。
每个 release() 添加一个许可,从而可能释放一个正在阻塞的获取者。
但是,不使用实际的许可对象,Semaphore 只对可用许可的号码进行计数,并采取相应的行动。
Semaphore 通常用于限制可以访问某些资源(物理或逻辑的)的线程数目。
获得一项前,每个线程必须从信号量获取许可,从而保证可以使用该项。
该线程结束后,将项返回到池中并将许可返回到该信号量,从而允许其他线程获取该项。
注意,调用 acquire() 时无法保持同步锁,因为这会阻止将项返回到池中。
信号量封装所需的同步,以限制对池的访问,这同维持该池本身一致性所需的同步是分开的。
将信号量初始化为 1,使得它在使用时最多只有一个可用的许可,从而可用作一个相互排斥的锁。
这通常也称为二进制信号量,因为它只能有两种状态:一个可用的许可,或零个可用的许可。
按此方式使用时,二进制信号量具有某种属性(与很多 Lock 实现不同),即可以由线程释放“锁”,而不是由所有者(因为信号量没有所有权的概念)。
在某些专门的上下文(如死锁恢复)中这会很有用。
此类的构造方法可选地接受一个公平 参数。当设置为 false 时,此类不对线程获取许可的顺序做任何保证。
特别地,闯入 是允许的,也就是说可以在已经等待的线程前为调用 acquire() 的线程分配一个许可,
从逻辑上说,就是新线程将自己置于等待线程队列的头部。
当公平设置为 true 时,信号量保证对于任何调用获取方法的线程而言,都按照处理它们调用这些方法的顺序(即先进先出;FIFO)来选择线程、获得许可。
注意,FIFO 排序必然应用到这些方法内的指定内部执行点。
所以,可能某个线程先于另一个线程调用了 acquire,但是却在该线程之后到达排序点,并且从方法返回时也类似。
还要注意,非同步的 tryAcquire 方法不使用公平设置,而是使用任意可用的许可。
通常,应该将用于控制资源访问的信号量初始化为公平的,以确保所有线程都可访问资源。
为其他的种类的同步控制使用信号量时,非公平排序的吞吐量优势通常要比公平考虑更为重要。
此类还提供便捷的方法来同时 acquire 和释放多个许可。
小心,在未将公平设置为 true 时使用这些方法会增加不确定延期的风险。
内存一致性效果:线程中调用“释放”方法(比如 release())之前的操作 happen-before 另一线程中紧跟在成功的“获取”方法(比如 acquire())之后的操作。
acquire
public void acquire()
throws InterruptedException从此信号量获取一个许可,在提供一个许可前一直将线程阻塞,否则线程被中断。
获取一个许可(如果提供了一个)并立即返回,将可用的许可数减 1。
如果没有可用的许可,则在发生以下两种情况之一前,禁止将当前线程用于线程安排目的并使其处于休眠状态:
某些其他线程调用此信号量的 release() 方法,并且当前线程是下一个要被分配许可的线程;或者
其他某些线程中断当前线程。
如果当前线程:
被此方法将其已中断状态设置为 on ;或者
在等待许可时被中断。
则抛出 InterruptedException,并且清除当前线程的已中断状态。
抛出:
InterruptedException - 如果当前线程被中断
release
public void release()释放一个许可,将其返回给信号量。
释放一个许可,将可用的许可数增加 1。
如果任意线程试图获取许可,则选中一个线程并将刚刚释放的许可给予它。然后针对线程安排目的启用(或再启用)该线程。
不要求释放许可的线程必须通过调用 acquire() 来获取许可。通过应用程序中的编程约定来建立信号量的正确用法。
应用实例:
运行结果:
线程pool-1-thread-2已进入,当前有2个线程并发
线程pool-1-thread-1已进入,当前有2个线程并发
线程pool-1-thread-3已进入,当前有3个线程并发
线程pool-1-thread-1即将离开
线程pool-1-thread-4已进入,当前有3个线程并发
线程pool-1-thread-4即将离开
线程pool-1-thread-5已进入,当前有3个线程并发
线程pool-1-thread-2即将离开
线程pool-1-thread-9已进入,当前有3个线程并发
线程pool-1-thread-5即将离开
线程pool-1-thread-7已进入,当前有3个线程并发
线程pool-1-thread-3即将离开
线程pool-1-thread-6已进入,当前有3个线程并发
线程pool-1-thread-6即将离开
线程pool-1-thread-8已进入,当前有3个线程并发
线程pool-1-thread-9即将离开
线程pool-1-thread-10已进入,当前有3个线程并发
线程pool-1-thread-7即将离开
线程pool-1-thread-8即将离开
线程pool-1-thread-10即将离开
CyclicBarrier
java.util.concurrent
类 CyclicBarrier
java.lang.Object
java.util.concurrent.CyclicBarrier
public class CyclicBarrierextends Object一个同步辅助类,它允许一组线程互相等待,直到到达某个公共屏障点 (common barrier point)。
在涉及一组固定大小的线程的程序中,这些线程必须不时地互相等待,此时 CyclicBarrier 很有用。
因为该 barrier 在释放等待线程后可以重用,所以称它为循环 的 barrier。
CyclicBarrier 支持一个可选的 Runnable 命令,在一组线程中的最后一个线程到达之后(但在释放所有线程之前),该命令只在每个屏障点运行一次。
若在继续所有参与线程之前更新共享状态,此屏障操作 很有用。
示例用法:下面是一个在并行分解设计中使用 barrier 的例子:
在这个例子中,每个 worker 线程处理矩阵的一行,在处理完所有的行之前,该线程将一直在屏障处等待。
处理完所有的行之后,将执行所提供的 Runnable 屏障操作,并合并这些行。
如果合并者确定已经找到了一个解决方案,那么 done() 将返回 true,所有的 worker 线程都将终止。
如果屏障操作在执行时不依赖于正挂起的线程,则线程组中的任何线程在获得释放时都能执行该操作。
为方便此操作,每次调用 await() 都将返回能到达屏障处的线程的索引。然后,您可以选择哪个线程应该执行屏障操作,例如:
if (barrier.await() == 0) {
// log the completion of this iteration
}对于失败的同步尝试,CyclicBarrier 使用了一种要么全部要么全不 (all-or-none) 的破坏模式:如果因为中断、失败或者超时等原因,导致线程过早地离开了屏障点,那么在该屏障点等待的其他所有线程也将通过 BrokenBarrierException(如果它们几乎同时被中断,则用 InterruptedException)以反常的方式离开。
内存一致性效果:线程中调用 await() 之前的操作 happen-before 那些是屏障操作的一部份的操作,后者依次 happen-before 紧跟在从另一个线程中对应 await() 成功返回的操作。
(1)await
public int await()
throws InterruptedException,
BrokenBarrierException在所有参与者都已经在此 barrier 上调用 await 方法之前,将一直等待。
如果当前线程不是将到达的最后一个线程,出于调度目的,将禁用它,且在发生以下情况之一前,该线程将一直处于休眠状态:
最后一个线程到达;或者
其他某个线程中断当前线程;或者
其他某个线程中断另一个等待线程;或者
其他某个线程在等待 barrier 时超时;或者
其他某个线程在此 barrier 上调用 reset()。
如果当前线程:
在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态;或者
在等待时被中断
则抛出 InterruptedException,并且清除当前线程的已中断状态。
如果在线程处于等待状态时 barrier 被 reset(),或者在调用 await 时 barrier 被损坏,抑或任意一个线程正处于等待状态,则抛出 BrokenBarrierException 异常。
如果任何线程在等待时被 中断,则其他所有等待线程都将抛出 BrokenBarrierException 异常,并将 barrier 置于损坏状态。
如果当前线程是最后一个将要到达的线程,并且构造方法中提供了一个非空的屏障操作,则在允许其他线程继续运行之前,当前线程将运行该操作。
如果在执行屏障操作过程中发生异常,则该异常将传播到当前线程中,并将 barrier 置于损坏状态。
返回:
到达的当前线程的索引,其中,索引 getParties() - 1 指示将到达的第一个线程,零指示最后一个到达的线程
抛出:
InterruptedException - 如果当前线程在等待时被中断
BrokenBarrierException - 如果另一个 线程在当前线程等待时被中断或超时,或者重置了 barrier,或者在调用 await 时 barrier 被损坏,抑或由于异常而导致屏障操作(如果存在)失败。
(2)getNumberWaiting
public int getNumberWaiting()返回当前在屏障处等待的参与者数目。此方法主要用于调试和断言。
返回:
当前阻塞在 await() 中的参与者数目。
应用实例:
运行结果:
pool-1-thread-3已到达集合点1,现在共有1个线程到达,正在等待
pool-1-thread-2已到达集合点1,现在共有2个线程到达,正在等待
pool-1-thread-1已到达集合点1,现在共有3个线程到达,全部到齐,出发去下一个目标
pool-1-thread-3已到达集合点2,现在共有1个线程到达,正在等待
pool-1-thread-1已到达集合点2,现在共有2个线程到达,正在等待
pool-1-thread-2已到达集合点2,现在共有3个线程到达,全部到齐,出发去下一个目标
pool-1-thread-1已到达集合点3,现在共有1个线程到达,正在等待
pool-1-thread-2已到达集合点3,现在共有2个线程到达,正在等待
pool-1-thread-3已到达集合点3,现在共有3个线程到达,全部到齐,出发去下一个目标
pool-1-thread-1已到达集合点4,现在共有1个线程到达,正在等待
pool-1-thread-2已到达集合点4,现在共有2个线程到达,正在等待
pool-1-thread-3已到达集合点4,现在共有3个线程到达,全部到齐,出发去下一个目标
pool-1-thread-2已到达集合点5,现在共有1个线程到达,正在等待
pool-1-thread-3已到达集合点5,现在共有2个线程到达,正在等待
pool-1-thread-1已到达集合点5,现在共有3个线程到达,全部到齐,出发去下一个目标
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