Juc并发编程16——Semaphore,Exchanger,Fork/Join框架
Juc并发编程16——Semaphore,Exchanger,Fork/Join框架
前 言 ? 作者简介：半旧518，长跑型选手，立志坚持写10年博客，专注于java后端 ? 专栏简介：juc并发编程，讲解锁原理、锁机制、线程池、AQS、并发容器、并发工具等，深入源码，持续更新。 ? 文章简介：本文主要介绍常用的并发工具类：Semaphore,Exchanger,Fork/Join框架，讲解其使用与原理
文章目录
1.Semaphore
还记得我们在操作系统中学习的信号量吗？它在解决进程间的同步问题起着非常大的作用。
java中的信号量也有很大的作用，它可以限制一个代码块可以同时被访问的线程数量(加排他锁锁可以限制只被一个线程访问)，相当于流量控制。简单来说，它就是一个可以被N个线程同时占用的排它锁(因此也支持公平锁和非公平锁)。在初始时，可以指定Semaphore的许可证个数，一个线程可以获取一个或者多个许可证，当许可证不足以供其它线程获取时，想要竞争同步资源的其它线程将会被阻塞。
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore = new Semaphore(2);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
new Thread(() -> {
try {
semaphore.acquire(); //可以设定参数指定许可证数量
System.out.println("get a license...");
Thread.sleep(100);
semaphore.release(); //可以设定参数指定许可证数量
System.out.println("release a license...");
} catch (InterruptedException exception) {
exception.printStackTrace();
}
}).start();
}
}输出结果如下。
其它的一些api真的也特别简单，这里写个demo演示下。
public class Demo36 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Semaphore semaphore = new Semaphore(2);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(()->{
try {
semaphore.acquire();
} catch (InterruptedException exception) {
exception.printStackTrace();
}
}).start();
}
Thread.sleep(10);
// 获取剩余许可证数量
System.out.println(semaphore.availablePermits());
// 是否有等待线程
System.out.println(semaphore.hasQueuedThreads());
// 等待线程数量
System.out.println(semaphore.getQueueLength());
}
}结果如下。
许可证还可以被回收。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
new Thread(() -> {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println("acquire permit");
} catch (InterruptedException exception) {
exception.printStackTrace();
}
}).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("drain permit number" + semaphore.drainPermits());
new Thread(() -> {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println("acquire permit");
} catch (InterruptedException exception) {
exception.printStackTrace();
}
}).start();
}结果如下。
2.数据交换Exchanger
Exchanger可以让两个线程在同一个时间点发生数据交换。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Exchanger<Object> exchanger = new Exchanger<>();
new Thread(() -> {
try {
System.out.println(exchanger.exchange("AAA..."));
} catch (InterruptedException exception) {
exception.printStackTrace();
}
}).start();
exchanger.exchange("BBB");
}结果如下。
过于简单，不再赘述。
3.Fork/Join框架
在jdk7中，出现了一个新的框架用于并行执行任务，它可以把大任务拆分为多个小任务并行执行，最大程度的利用多核cpu的优势，最后汇总执行的结果。很强大很高效吧。
比如计算：18x7 + 36 x 8 + 9 x 77 + 8 x 53，可以进行如下图的拆分汇总操作。
而且它不仅仅是拆分任务，使用多个线程并行执行任务，还可以工作窃取算法,提高线程的利用率。其原理是，把每个线程的任务进一步拆分为若干子任务，并且每个线程创建一个队列来存放自己的子任务，当某个线程的子任务全部完成，可以从其它线程的队列中获取任务执行。可以参考下图进行理解。
下面结合实例使用下。比如我们需要计算1-1000的和。
public static void main(String[] args) {
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
try {
System.out.println(pool.submit(new SubTask(1, 1000)).get());
} catch (InterruptedException exception) {
exception.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
static class SubTask extends RecursiveTask<Integer>{
private int start;
private int end;
public SubTask(int start, int end) {
this.start = start;
this.end = end;
}
@Override
protected Integer compute() {
if((end - start) > 125) {
SubTask subTask1 = new SubTask(start, (start + end) / 2);
subTask1.fork();
SubTask subTask2 = new SubTask((start + end) / 2 + 1, end);
subTask2.fork();
return subTask1.join() + subTask2.join();
} else {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "start add from " + start +"end" +end);
int result = 0;
for (int i = start; i <= end; i++) {
result += i;
}
return result;
}
}
}其结果如下。
其实，arrays中的parallelSort就是使用的Fork/Join框架
public static void parallelSort(byte[] a) {
int n = a.length, p, g;
if (n <= MIN_ARRAY_SORT_GRAN ||
(p = ForkJoinPool.getCommonPoolParallelism()) == 1)
DualPivotQuicksort.sort(a, 0, n - 1);
else
new ArraysParallelSortHelpers.FJByte.Sorter
(null, a, new byte[n], 0, n, 0,
((g = n / (p << 2)) <= MIN_ARRAY_SORT_GRAN) ?
MIN_ARRAY_SORT_GRAN : g).invoke();
}在多核环境下，Fork/Join框架效率会随着运算规模增大而对效能的提升效果更显著，大规模运算推荐使用哦。