java线程——信号量（Semaphore）+障栅（CyclicBarrier）

【0】README

0.1）以下内容转自网络，旨在理清 “java线程——信号量（Semaphore）+障栅（CyclicBarrier）”的相关知识

【1】信号量

1.1）信号量定义：从概念上讲，一个信号量管理许多的许可证。为了通过信号量，线程通过调用 acquire 请求许可；
1.2）其实没有实际的许可对象，信号量仅仅是维护了一个计数；
1.3）看个荔枝：转自 http://www.cnblogs.com/whgw/archive/2011/09/29/2195555.html

1.3.1） Semaphore当前在多线程环境下被扩放使用，操作系统的信号量是个很重要的概念，在进程控制方面都有应用。Java 并发库的Semaphore 可以很轻松完成信号量控制，Semaphore可以控制某个资源可被同时访问的个数，通过 acquire() 获取一个许可，如果没有就等待，而 release() 释放一个许可。比如在Windows下可以设置共享文件的最大客户端访问个数。
1.3.2）荔枝说明： Semaphore实现的功能就类似厕所有5个坑，假如有10个人要上厕所，那么同时只能有多少个人去上厕所呢？同时只能有5个人能够占用，当5个人中的任何一个人让开后，其中等待的另外5个人中又有一个人可以占用了。另外等待的5个人中可以是随机获得优先机会，也可以是按照先来后到的顺序获得机会，这取决于构造Semaphore对象时传入的参数选项。单个信号量的Semaphore对象可以实现互斥锁的功能，并且可以是由一个线程获得了“锁”，再由另一个线程释放“锁”，这可应用于死锁恢复的一些场合。
1.3.3）Semaphore维护了当前访问的个数，提供同步机制，控制同时访问的个数。 在数据结构中链表可以保存“无限”的节点，用Semaphore可以实现有限大小的链表。另外重入锁 ReentrantLock 也可以实现该功能，但实现上要复杂些。

1.4）下面的Demo中申明了一个只有5个许可的Semaphore，而有10个线程要访问这个资源，通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

for full source code, please visit ： https://github.com/pacosonTang/core-java-volume/blob/master/chapter14/SemaphoreTest.java
source code at a glance :

package com.corejava.chapter14_6;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import static java.lang.System.*;public class SemaphoreTest
{public static void main(String[] args){// thread poolExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();// there must be 5 threads accessing certain sourcefinal Semaphore semaphore = new Semaphore(5);for (int i = 0; i < 10; i++){final int num = i;Runnable run = new Runnable() // create 10 threads circularly{@Overridepublic void run(){try{semaphore.acquire();// acquire permissionout.println("accessing " + num);Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));semaphore.release(); // release permissionout.println("semaphore.availablePermits = " + semaphore.availablePermits());}catch(InterruptedException e){e.printStackTrace();}}};exec.execute(run);// thread's startup}exec.shutdown(); // shutdown all of threads}
}

【2】障栅

2.1）定义： CyclicBarrier 类实现了一个集结点称为障栅；

2.1.1）障栅的作用：考虑大量线程运行在一次计算的不同部分的情形：当所有部分都准备好时，需要吧结果组合到一起，当一个线程完成了它的那部分任务后，我们让它运行到障栅处。一旦所有的线程都到达了这个障栅，障栅就撤销了，线程就可以继续运行了了；
step1）构造一个障栅，并给出参与的线程数：

CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, new Runnable()

step2）每个线程做一些工作，完成后再障栅上调用 await（）方法

public void run(){arr[id] = new Random().nextInt(100);try{out.println(id + " starts to have a rest!");cyclicBarrier.await();out.println(id + "wake up!");} catch (Exception e){e.printStackTrace();}

step3） 如果任何一个在障栅上等待的线程离开了障栅，那么障栅就被破坏了；
step4）可以提供一个可选的障栅动作（Barrier Action），当所有线程到达障栅的时候就会执行这个工作：

Runnable barrierAction = ...
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(nthreds, barrienAction)
CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, new Runnable()

step5） 障栅被称为是循环的，因为可以在所有等待线程被释放后被重用。在这一点上，有别于 CountDownLatch， CountDownLatch 只能被使用一次；

2.2）看个荔枝：转自 http://my.oschina.net/summerpxy/blog/189799

2.2.1）CyclicBarrier称为障栅，这个类有什么作用呢？ 这个类是用来同步线程用的。以小黑车为例（就是盘踞在地铁口的黑出租），一般小黑车是坐4个人，只有4个人都满了之后小黑车才会走，那么如果你是第一个来的，进车坐下，等第二个人来。第二个人来了，等第三个人，如此直到所有的4个人满了之后小黑车才开车。那么这个类也是一样的。
- 第一个线程：运行到障栅出，等待第二个线程到达。
- 第二个线程：运行到障栅出，等待第三个线程到达。
- 第三个线程：运行到障栅出，等待第四个线程到达。
- 第四个线程：运行到障栅出，障栅解除，所有线程都开始执行。
2.2.2）荔枝代码：下面是一个demo，arr[0]和arr[1]的赋值是两个线程完成的，当两个线程的赋值结束之后才会得到arr[2]的值：
- for full source code , please visit https://github.com/pacosonTang/core-java-volume/blob/master/chapter14/CyclicBarrierTest.java

source code at a glance :

package com.corejava.chapter14_6;import java.util.Random;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;
import static java.lang.System.*;public class CyclicBarrierTest
{public static void main(String[] args){int[] arr = new int[3];//可以提供一个可选的 障栅 动作（Barrier Action）， 当所有线程到达障栅的时候就会执行这个工作//CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(nthreds, barrienAction)CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2, new Runnable(){@Overridepublic void run(){arr[2] = arr[0] + arr[1];for (int i = 0; i < arr.length; i++)out.println("arr[" + i +"] = " + arr[i]);}});new Thread(new MyCyclicBarrier(1, arr, cyclicBarrier)).start();new Thread(new MyCyclicBarrier(0, arr, cyclicBarrier)).start();}
}class MyCyclicBarrier implements Runnable
{int id;int[] arr;CyclicBarrier cyclicBarrier;public MyCyclicBarrier(int id, int[] arr, CyclicBarrier barrier){this.id = id;this.arr = arr;this.cyclicBarrier = barrier;}@Overridepublic void run(){arr[id] = new Random().nextInt(100);try{out.println(id + " starts to have a rest!");cyclicBarrier.await();out.println(id + " wake up!");} catch (Exception e){e.printStackTrace();}}}

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