Java: 使用信号量（Semaphore）保护多个共享资源的访问

信号量（semaphore）机制是一种常用的同步机制，在现代OS中被广泛采用。semaphore是一个非0值，当它的值大于0时表示系统目前还有足够的资源分配给请求线程，每分配出去一个资源，值递减。当值等于0时表示当前已无资源可分配。JDK提供了Semaphore类来实现信号量。假如我们一共有3台打印机可用，当前有N个线程都请求使用打印机，要实现对打印机这种资源的访问保护，有以下两种方式：

每当一个线程请求使用打印机时，检查当前是否有空闲打印机可用，如果有则分配给请求线程并使用打印机。分配和使用打印机的过程都要加锁（同一把锁）。
创建一个初值为3的semaphore, 允许3个线程同时使用打印机。

显然，方式一在某个时间点只能有一个线程在使用打印机，那么另外2台打印机资源就被浪费掉了。有人可能会想，如果只对检查并分配打印机的代码进行加锁，而在使用打印机的过程中不加锁，这样当第一个线程使用打印机时，第二个线程依然能够请求到打印机，不就能允许3个线程都用上打印机了吗？这样做是非常危险的，我们称之为资源逃逸。如果不对使用打印机的过程加锁，那么如果请求线程又将这台逃逸出的打印机分配给了其它线程，那么线程同步就失去了意义。对于方式二，当线程A使用打印机时，线程B依然可以请求并使用打印机，线程C也可以。当线程A使用完后必须释放semaphore, 这样其它线程又可以使用这台打印机了。首先定义打印机对象：class Printer {
private String name;
private int index; public Printer（String name, int index） {
this.name = name;
this.index = index;
} public void print（） {
System.out.println（"printer " + name + " is working for " + Thread.currentThread（）.getName（））; try {
Thread.currentThread（）.sleep（10）;
} catch （InterruptedException e） {
e.printStackTrace（）;
} System.out.println（"printer " + name + " for " + Thread.currentThread（）.getName（） + " is done"）;
} public int getIndex（） {
return this.index;
}
}然后，我们定义一个打印机池（Pool）。利用这个pool实现打印机资源的安全分配：class PrinterPool {
/**
* store all available devices
*/
private Printer[] printers;
private boolean[] freePrinters; private Lock lock = new ReentrantLock（）; /**
* create a semaphore for 3 resources
*/
private Semaphore semaphore = new Semaphore（3）; /**
* 3 printers available in this pool.
*/
public PrinterPool（） {
printers = new Printer[] {
new Printer（"A", 0）,
new Printer（"B", 1）,
new Printer（"C", 2）
}; freePrinters = new boolean[] {
true,
true,
true
};
} /**
* use printer
*/
public Printer printData（） {
Printer printer = null; try {
semaphore.acquire（）; while （true） {
printer = getFreePrinter（）; if （printer ！= null） {
break;
}
} // use printer
printer.print（）; // reclaim printer
reclaimPrinter（printer）; } catch （InterruptedException e） {
e.printStackTrace（）;
} finally {
semaphore.release（）;
} return printer;
} private Printer getFreePrinter（） {
Printer printer = null; lock.lock（）;
for （int ix = 0 ; ix < freePrinters.length ; ++ix） {
if （true == freePrinters[ix]） {
freePrinters[ix] = false;
printer = printers[ix];
break;
}
}
lock.unlock（）; return printer;
} private void reclaimPrinter（Printer p） {
lock.lock（）;
this.freePrinters[p.getIndex（）] = true;
lock.unlock（）;
}}最后编写测试代码，启动10个线程请求使用打印机：// create printer pool
PrinterPool pool = new PrinterPool（）; Runnable job = （） -> {
pool.printData（）;
}; // create 10 threads
Thread[] threads = new Thread[10];
for （int ix = 0 ; ix < 10 ; ++ix） {
threads[ix] = new Thread（job）;
} // start all threads
for （int ix = 0 ; ix < 10 ; ++ix） {
threads[ix].start（）;
}输出结果：本文永久更新链接地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2015-04/116214.htm