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JUC怎么模拟AND型信号量

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1.一个错误示例

在这里，首先解释一下，为了满足线程申请信号量不成功后将进程阻塞，并插入到对应的队列中，所以使用了ReentrantLock+Condition来实现Swait方法。废话不多说，直接上代码：

//数据定义  static Lock lock = new ReentrantLock();  static Condition condition1 = lock.newCondition();  static Condition condition2 = lock.newCondition();  public static void Swait(String id, Semaphore s1, Semaphore s2) throws InterruptedException {  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  log.info("当前的两个信号量的状态：【{},{}】", s1.availablePermits(), s2.availablePermits());  //availablePermits可获取到信号量中还剩余的值  if(s1.availablePermits() < 1 || s2.availablePermits() < 1){  if (s1.availablePermits() < 1) {  log.info("线程【{}】被挂起到信号量【{}】中", id, s1);  //阻塞，并插入到condition1的阻塞队列中  condition1.await();  } else {  log.info("线程【{}】被挂起到信号量【{}】中", id, s2);  //阻塞，并插入到condition2的阻塞队列中  condition2.await();  }  log.info("被挂起的线程【{}】被唤醒执行。", id);  } else {  log.info("为线程【{}】分配资源！", id);  s1.acquire();  s2.acquire();  }  lock.unlock();  }  public static void Ssignal(Semaphore s1, Semaphore s2) throws InterruptedException {  log.info("线程【{}】执行了释放资源", id);  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  s1.release();  s2.release();  //唤醒等待队列中的线程  condition.signal();  lock.unlock();  }

 大家仔细看上面的代码，这个也是我刚开始写的代码，第一眼看似乎是没什么问题，但是里面隐藏着一个坑，在Swait方法中，调用condition1.await()，此时线程被阻塞在这一行中，但是当被别的线程(调用Ssignal)唤醒时，在被阻塞的下一行开始继续执行，但是在后续的代码里，是没有去申请信号量的，而是直接就Swait成功了，这样在执行Ssignal时就会导致信号量凭空的增加了，也就无法正确的表征系统中的资源数量了。

2.一个简单的示例

 下面我们就对代码进行优化，大家可以回顾一下AND型信号量，当其因为资源不足时，需要将线程插入到第一个无法满足条件(即Si<1)的信号量对应的等待队列中，并且将程序计数器放置到Swait操作的开始处，所以我们对Swait代码进行修改如下：

public static void Swait(String id, Semaphore s1, Semaphore s2) throws InterruptedException {  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  log.info("当前的两个信号量的状态：【{},{}】", s1.availablePermits(), s2.availablePermits());  //如果申请不到，就挂起线程，并将线程插入到condition的队列中  while (s1.availablePermits() < 1 || s2.availablePermits() < 1) {  if (s1.availablePermits() < 1) {  log.info("线程【{}】被挂起到信号量【{}】中", id, s1);  condition1.await();  } else {  log.info("线程【{}】被挂起到信号量【{}】中", id, s2);  condition2.await();  }  log.info("被挂起的线程【{}】被唤醒执行。", id);  }  log.info("为线程【{}】分配资源！", id);  s1.acquire();  s2.acquire();  lock.unlock();  }

 在上面的代码中，我们将请求的资源放到一个循环条件中，以满足将程序计数器放置到Swait操作的开始处，在每次被唤醒后都要重新判断资源是否足够，如果足够才跳出循环，否则就再次自我阻塞。

3.一个可以同时申请N个的Swait操作

 如果你知道了信号量的种类数(系统中的资源类型)，其实上面的代码已经可以满足一定的需要了，只需要我们将所有的信号量写入到参数列表中即可。但是对于致力于代码的复用，这里就有些差强人意了，因此我们再次对代码进行改进，代码如下所示：

public static void Swait(String id, Semaphore... list) throws InterruptedException {  lock.lock();  //如果资源不足，就挂起线程，并将线程插入到condition的队列中  while (true) {  int count=0;  //循环判断参数列表中信号量的可用值  for (Semaphore semaphore:list){  if(semaphore.availablePermits()>0){  count++;  }  }  //如果资源都满足，则跳出循环，进行资源分配  if(count == list.length){  break;  }  log.info("线程【{}】被挂起-----", id);  //将当前线程阻塞  condition1.await();  log.info("被挂起的线程【{}】被唤醒执行。", id);  }  log.info("为线程【{}】分配资源！", id);  //分配资源  for (Semaphore semaphore:list){  semaphore.acquire();  }  lock.unlock();  }  public static void Ssignal(String id, Semaphore... list) throws InterruptedException {  log.info("线程【{}】执行了释放资源", id);  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  //循环释放信号量  for (Semaphore semaphore:list){  semaphore.release();  }  //唤醒等待队列中的线程  condition.signal();  lock.unlock();  }

 为此，我们将方法中的信号量列表改为可变的参数列表，这样在传参的时候就可以方便的进行了，但是也会存才一些问题，比如无法约束“借出”与“归还”的信号量的数量是否一致。并且因为信号量的数量不定，所以无法为每个信号量新建一个条件变量(Condition)，因此在上面的代码中所有的信号量公用一个条件变量，所有阻塞的线程都插入在其阻塞队列中。

4.一个完整的例子

这里我们使用一个经典的进程同步问题来演示我们使用Java模拟的AND型信号量，在这里，我们采用生产者–消费者问题来演示，完整的代码如下：

//用来保证互斥的访问临界区(缓存区)  static final Semaphore mutex = new Semaphore(1);  //缓冲区，最大容量为50  static List buffer = new ArrayList<>();  //缓冲区中还可放入的消息数量  static final Semaphore empty = new Semaphore(50);  //缓冲区中的消息数量  static final Semaphore full = new Semaphore(0);  //可重入锁和条件变量  static Lock lock = new ReentrantLock();  static Condition condition = lock.newCondition();  //用与辅助的简单的生成消息  static Integer count = 0;  //生产者  static class Producer extends Thread {  Producer(String name) {  super.setName(name);  }  @Override  public void run() {  do {  try {  Swait(this.getName(), mutex, empty);  log.info("生产了一条消息：【{}】", count);  buffer.add(count++);  Thread.sleep(1000);  Ssignal(this.getName(), mutex, full);  } catch (InterruptedException e) {  log.error("生产消息时产生异常！");  }  } while (true);  }  }  //消费者  static class Consumer extends Thread {  Consumer(String name) {  super.setName(name);  }  @Override  public void run() {  do {  try {  Swait(this.getName(), mutex, full);  log.info("消费了一条消息：【{}】", buffer.remove(0));  Thread.sleep(1000);  Ssignal(this.getName(), mutex, empty);  } catch (InterruptedException e) {  log.error("消费消息时产生异常！");  }  } while (true);  }  }  public static void Swait(String id, Semaphore... list) throws InterruptedException {  lock.lock();  //如果资源不足，就挂起线程，并将线程插入到condition的队列中  while (true) {  int count=0;  for (Semaphore semaphore:list){  if(semaphore.availablePermits()>0){  count++;  }  }  if(count == list.length){  break;  }  log.info("线程【{}】被挂起", id);  condition.await();  log.info("被挂起的线程【{}】被唤醒执行。", id);  }  log.info("为线程【{}】分配资源！", id);  for (Semaphore semaphore:list){  semaphore.acquire();  }  lock.unlock();  }  public static void Ssignal(String id, Semaphore... list) throws InterruptedException {  log.info("线程【{}】执行了释放资源", id);  lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS);  for (Semaphore semaphore:list){  semaphore.release();  }  //唤醒等待队列中的一个线程  condition.signal();  lock.unlock();  }  public static void main(String[] args) {  Producer p1 = new Producer("p1");  Consumer c1 = new Consumer("c1");  p1.start();  c1.start();  }

上面代码都是可以直接执行的，如果不需要使用参数列表，可以将上面的Swait方法进行替换即可(记得创建对应的条件变量)。


到此，关于“JUC怎么模拟AND型信号量”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注创新互联网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！


标题名称：JUC怎么模拟AND型信号量
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