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Semaphore、CountDownLatch和CyclicBarrier

未知 2020-03-07 23:17

  ,我们应该都在操作系统课程里学过,它是解决进程间通信和同步的常用工具,也是一种常见的模型。信号量是一个确定的二元组(s, q), s是正整型变量,q是初始状态为空的队列,s代表并发状态,操作系统利用信号量的状态s管理并发进程。如果s=0,进程阻塞,如果s0,进程继续执行。为了实现对s值的修改,操作系统提供了P、V操作原语,P的操作包括:s值减1,若s=0,则进程阻塞,并将该进程插入到等待队列q中,V操作:s值加1,若s=0,从等待队列中移出一个进程,解除其阻塞状态。

  Java提供了经典信号量(Semaphore)的实现,它通常用于控制线程数来达到限制共享资源访问的目的。

  full信号量限制了最多生产的资源数量,empty信号量限制了资源为空无法消费,mutex信号量相当于互斥锁,避免count读写不一致。总的来说,可以看出Semaphore就是个计数器,其基本逻辑基于acquire/release,acquire获取资源若获取不到则阻塞,release释放资源并唤醒阻塞的线程,信号量构造方法中还有个公平的参数这里没有演示。

  作用是允许一个或多个线程等待直到其他线程中的某个操作完成。使用给定数值初始化CountDownLatch,调用countDown方法会减少计数器的值,调用await方法会阻塞直到当前计数达到零,之后释放所有等待的线程,但是注意计数器到0的时候不会自动重置(这也是和CyclicBarrier的区别之一)。

  如果现在有这样一个场景,一批人叫了很多出租车,但是一车只能坐5个人,坐完后等下一辆车继续,用CountDownLatch如何实现?

  第一批执行完后,由于第二批代码中调用了await方法所以阻塞,直到coutdownlatch的计数器减到0为止。

  一种同步辅助工具,允许一组线程全部等待到达某个屏障。用这个工具类实现上述场景:

  CyclicBarrier支持一个回调函数,每当一轮线程结束后,下一轮线程开始前,这个回调函数都会被调用一次,而且这个回调函数是执行在一个回合里最后执行await()的线程上。

  注意上述代码中注释了一行,注释的写法意味着新开一个线程执行回调函数,那么回调函数会异步执行。

  CyclicBarrier的基本操作是await,当所有的线程都调用了await,才会继续进行任务,并自动进行重置。注意,正常情况下,CyclicBarrier的重置都是自动发生的,如果我们调用reset方法,但还有线程在等待,就会导致等待线程被打扰,抛出BrokenBarrierException异常。