一个最简单的实例理解 Semaphore 在 Java 中的作用

前言

阅读本篇文章，你需要先理解以下知识：

• Java 基础知识
• Thread 多线程（点我跳转）
• 击鼓传花的玩法

你有没有和小伙伴们玩过 击鼓传花 这个游戏？多个人同时只有“一朵花”的情况下，只有一个人最后会“中奖”。Semaphore 就像击鼓手一样控制着这朵“花”究竟“花落谁家”。

当然了，Semaphore 不只支持调度一朵花。

它在 Java 中常被用于线程的调度，当有多个线程访问同一个资源时，我们可以让线程尝试从 Semaphore 获取一个许可证，如果该线程尝试访问的对象正在被其它线程占用，该线程将无法获取许可证，即循环等待重新获取。

Semaphore 并不难理解，请不要被下面一大串代码所劝退，认真试验下去。

拷贝

等等! 在拷贝之前你要知道，下面的代码有 3 中测试模式，将 test 的值改为 1/2/3 会开启不同的代码段，它们的难度是不一样的。

好的。现在打开你的 IDE，新建一个项目或类，将类命名为 SemaphoreTest，并将下面的代码替换到你的项目中：

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) {
        //实例化Semaphore，并设置许可证为1个
        Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
        //将test改为2或3，可以开启另一个测试
        /**
         * test为1时：验证许可证是否生效，难度1
         * test为2时：验证释放许可证是否生效，难度2
         * test为3时：多线程验证timeout是否生效，难度3
         */
        int test = 1;
        if (test == 1) {
            try {

                //尝试在一秒内获取一个许可证
                if (semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                    System.out.println("甲：获取许可证成功。");
                } else {
                    System.out.println("甲：获取许可证失败。");
                }
                //尝试再次获取一个许可证
                if (semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                    System.out.println("乙：获取许可证成功。");
                } else {
                    System.out.println("乙：获取许可证失败。");
                }


            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            
        } else if (test == 2) {

            try {

                //尝试在一秒内获取一个许可证
                if (semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                    System.out.println("甲：获取许可证成功。");
                    //延迟五秒，然后使用release()方法释放该许可证
                    System.out.println("甲：五秒后释放许可证。");
                    Thread.sleep(5000);
                    //释放许可证
                    System.out.println("甲：许可证已释放。");
                    semaphore.release();
                } else {
                    System.out.println("甲：获取许可证失败。");
                }
                //尝试再次获取一个许可证
                if (semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                    System.out.println("乙：获取许可证成功。");
                } else {
                    System.out.println("乙：获取许可证失败。");
                }


            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }

        } else if (test == 3) {

                new Thread(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {


                            //尝试在一秒内获取一个许可证
                            if (semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                                System.out.println("甲：获取许可证成功。");
                                //延迟五秒，然后使用release()方法释放该许可证
                                System.out.println("甲：五秒后释放许可证。");
                                Thread.sleep(5000);
                                //释放许可证
                                System.out.println("甲：许可证已释放。");
                                semaphore.release();
                            } else {
                                System.out.println("甲：获取许可证失败。");
                            }


                        } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }).start();

                new Thread(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {

                            //尝试再次获取一个许可证
                            System.out.println("乙：正在获取许可证，超时为：10秒。");
                            if (semaphore.tryAcquire(10, TimeUnit.SECONDS)) {
                                System.out.println("乙：获取许可证成功。");
                            } else {
                                System.out.println("乙：获取许可证失败。");
                            }

                        } catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }).start();
                
        }
    }
}

运行!

现在，运行你的代码，你会发现结果如下：

甲：获取许可证成功。
乙：获取许可证失败。

这是因为甲占用了许可证但并未释放，而乙尝试获取许可证时超时被设置为了 1 秒，在 1 秒内无法成功获取许可证，所以获取失败。

将变量 test 的值改为 2，再次运行：

甲：获取许可证成功。
甲：五秒后释放许可证。
甲：许可证已释放。
乙：获取许可证成功。

可以看到甲在 5 秒后释放了许可证，所以乙成功地获取了许可证。

将变量 test 的值改为 3，再次运行：

甲：获取许可证成功。
乙：正在获取许可证，超时为：10秒。
甲：五秒后释放许可证。
甲：许可证已释放。
乙：获取许可证成功。

本段代码我采用了多线程，使得甲和乙同时运行。乙的超时设置为了 10 秒，而甲在 5 秒后便释放了许可证，所以乙在 5 秒时也成功获取了许可证，并输出成功信息。

后语

Semaphore 很好地解决了多线程死锁的问题，在未来的项目中也会经常地出现在各种情况中。