关于多线程同步的初步教程－－Simaphore的设计及使用

在前面的“关于多线程同步的初步教程－－Metux的设计及使用”一文中，我们讨论了Doug Lea的concurrent包的Mutux的设计及实现，本文讨论一下多线程编程中同样常用的Simaphore的设计和使用。Simaphore也继承于Sync接口，和Mutex相比，Simaphore增加了同步的计数支持。一个Simaphore，代表了多个许可，可以一次获取多个许可，也可以一次释放多个许可。如果将Simaphore的许可数减少到1，那么就可以作为一个Mutex使用了。下面的代码演示了Simaphore的基本使用：

class Pool {
static final MAX_AVAILABLE = 100; // 100个许可
private final Semaphore available = new Semaphore(MAX_AVAILABLE);
public Object getItem() throws InterruptedException { // no synch
available.acquire();
return getNextAvailableItem();
}
public void putItem(Object x) { // no synch
if (markAsUnused(x))
available.release();
}
// Not a particularly efficient data structure; just for demo
protected Object[] items = ... whatever kinds of items being managed
protected boolean[] used = new boolean[MAX_AVAILABLE];
protected synchronized Object getNextAvailableItem() {
for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i) {
if (!used[i]) {
used[i] = true;
return items[i];
}
}
return null; // not reached
}
protected synchronized boolean markAsUnused(Object item) {
for (int i = 0; i < MAX_AVAILABLE; ++i) {
if (item == items[i]) {
if (used[i]) {
used[i] = false;
return true;
}
else
return false;
}
}
return false;
}
}

可见，Simaphore是对Mutex的增强，Simaphore也和Mutex相比，增加了如下的方法：

1、public Semaphore(long initialPermits)
构造函数，指定许可的数量。
2、public synchronized long permits()
返回许可的数量。
3、public synchronized void release(long n)
一次释放n个许可。

相应的，在Simaphore的实现中，也增加了一个字段，存储许可的数量：
protected long permits_;

acquire和release方法也有相应的变化：

/** Wait until a permit is available, and take one **/
public void acquire() throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException();
synchronized(this) {
try {
while (permits_ <= 0) wait();
--permits_;
}
catch (InterruptedException ex) {
notify();
throw ex;
}
}
}
/** Release a permit **/
public synchronized void release() {
++permits_;
notify();
}

这些代码都容易理解，特别需要注意的是新增的release(long n)的方法，

public synchronized void release(long n) {
if (n < 0) throw new IllegalArgumentException("Negative argument");
permits_ += n;
for (long i = 0; i < n; ++i) notify();
}

其中恢复多个许可，同时，要通过一个循环来notify()其它线程。Simaphore的概念在多线程编程中已经广为熟知，在C++和其它很多语言中也有支持。Doug Lea提供的concurrent包中的Simaphore实现为我们提供了Java中Simaphore的工业强度实现版本，方便了我们在多线程环境中的编程。

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