大白话说java并发工具类-Semaphore，Exchanger

1. 控制资源并发访问--Semaphore

Semaphore能够理解为信号量，用于控制资源可以被并发访问的线程数量，以保证多个线程可以合理的使用特定资源。Semaphore就至关于一个许可证，线程须要先经过acquire方法获取该许可证，该线程才能继续往下执行，不然只能在该方法出阻塞等待。当执行完业务功能后，须要经过release()方法将许可证归还，以便其余线程可以得到许可证继续执行。

Semaphore能够用于作流量控制，特别是公共资源有限的应用场景，好比数据库链接。假若有多个线程读取数据后，须要将数据保存在数据库中，而可用的最大数据库链接只有10个，这时候就须要使用Semaphore来控制可以并发访问到数据库链接资源的线程个数最多只有10个。在限制资源使用的应用场景下，Semaphore是特别合适的。

下面来看下Semaphore的主要方法：

//获取许可，若是没法获取到，则阻塞等待直至可以获取为止
void acquire() throws InterruptedException 

//同acquire方法功能基本同样，只不过该方法能够一次获取多个许可
void acquire(int permits) throws InterruptedException

//释放许可
void release()

//释放指定个数的许可
void release(int permits)

//尝试获取许可，若是可以获取成功则当即返回true，不然，则返回false
boolean tryAcquire()

//与tryAcquire方法一致，只不过这里能够指定获取多个许可
boolean tryAcquire(int permits)

//尝试获取许可，若是可以当即获取到或者在指定时间内可以获取到，则返回true，不然返回false
boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

//与上一个方法一致，只不过这里可以获取多个许可
boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)

//返回当前可用的许可证个数
int availablePermits()

//返回正在等待获取许可证的线程数
int getQueueLength()

//是否有线程正在等待获取许可证
boolean hasQueuedThreads()

//获取全部正在等待许可的线程集合
Collection<Thread> getQueuedThreads()
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另外，在Semaphore的构造方法中还支持指定是够具备公平性，默认的是非公平性，这样也是为了保证吞吐量。

一个例子

下面用一个简单的例子来讲明Semaphore的具体使用。咱们来模拟这样同样场景。有一天，班主任须要班上10个同窗到讲台上来填写一个表格，可是老师只准备了5支笔，所以，只能保证同时只有5个同窗可以拿到笔并填写表格，没有获取到笔的同窗只可以等前面的同窗用完以后，才能拿到笔去填写表格。该示例代码以下：

public class SemaphoreDemo {

    //表示老师只有10支笔
    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(5);

    public static void main(String[] args) {

        //表示50个学生
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            service.execute(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  同窗准备获取笔......");
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  同窗获取到笔");
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  填写表格ing.....");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                    semaphore.release();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  填写完表格，归还了笔！！！！！！");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        service.shutdown();
    }

}
输出结果：

pool-1-thread-1  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-1  同窗获取到笔
pool-1-thread-1  填写表格ing.....
pool-1-thread-2  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-2  同窗获取到笔
pool-1-thread-2  填写表格ing.....
pool-1-thread-3  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-4  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-3  同窗获取到笔
pool-1-thread-4  同窗获取到笔
pool-1-thread-4  填写表格ing.....
pool-1-thread-3  填写表格ing.....
pool-1-thread-5  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-5  同窗获取到笔
pool-1-thread-5  填写表格ing.....


pool-1-thread-6  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-7  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-8  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-9  同窗准备获取笔......
pool-1-thread-10  同窗准备获取笔......


pool-1-thread-4  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-9  同窗获取到笔
pool-1-thread-9  填写表格ing.....
pool-1-thread-5  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-7  同窗获取到笔
pool-1-thread-7  填写表格ing.....
pool-1-thread-8  同窗获取到笔
pool-1-thread-8  填写表格ing.....
pool-1-thread-1  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-6  同窗获取到笔
pool-1-thread-6  填写表格ing.....
pool-1-thread-3  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-2  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-10  同窗获取到笔
pool-1-thread-10  填写表格ing.....
pool-1-thread-7  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-9  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-8  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-6  填写完表格，归还了笔！！！！！！
pool-1-thread-10  填写完表格，归还了笔！！！！！！
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根据输出结果进行分析，Semaphore容许的最大许可数为5，也就是容许的最大并发执行的线程个数为5，能够看出，前5个线程（前5个学生）先获取到笔，而后填写表格，而6-10这5个线程，因为获取不到许可，只能阻塞等待。当线程pool-1-thread-4释放了许可以后，pool-1-thread-9就能够获取到许可，继续往下执行。对其余线程的执行过程，也是一样的道理。从这个例子就能够看出，Semaphore用来作特殊资源的并发访问控制是至关合适的，若是有业务场景须要进行流量控制，能够优先考虑Semaphore。

2.线程间交换数据的工具--Exchanger

Exchanger是一个用于线程间协做的工具类，用于两个线程间可以交换。它提供了一个交换的同步点，在这个同步点两个线程可以交换数据。具体交换数据是经过exchange方法来实现的，若是一个线程先执行exchange方法，那么它会同步等待另外一个线程也执行exchange方法，这个时候两个线程就都达到了同步点，两个线程就能够交换数据。

Exchanger除了一个无参的构造方法外，主要方法也很简单：

//当一个线程执行该方法的时候，会等待另外一个线程也执行该方法，所以两个线程就都达到了同步点
//将数据交换给另外一个线程，同时返回获取的数据
V exchange(V x) throws InterruptedException

//同上一个方法功能基本同样，只不过这个方法同步等待的时候，增长了超时时间
V exchange(V x, long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException, TimeoutException 
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一个例子

Exchanger理解起来很容易，这里用一个简单的例子来看下它的具体使用。咱们来模拟这样一个情景，在青春洋溢的中学时代，下课期间，男生常常会给走廊里为本身喜欢的女孩子送情书，相信你们都作过这样的事情吧 ：)。男孩会先到女孩教室门口，而后等女孩出来，教室那里就是一个同步点，而后彼此交换信物，也就是彼此交换了数据。如今，就来模拟这个情景。

public class ExchangerDemo {
    private static Exchanger<String> exchanger = new Exchanger();

    public static void main(String[] args) {

        //表明男生和女生
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);

        service.execute(() -> {
            try {
                //男生对女生说的话
                String girl = exchanger.exchange("我其实暗恋你好久了......");
                System.out.println("女孩儿说：" + girl);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        service.execute(() -> {
            try {
                System.out.println("女生慢慢的从教室你走出来......");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                //男生对女生说的话
                String boy = exchanger.exchange("我也很喜欢你......");
                System.out.println("男孩儿说：" + boy);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

    }
}

输出结果：

女生慢慢的从教室你走出来......
男孩儿说：我其实暗恋你好久了......
女孩儿说：我也很喜欢你......
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这个例子很简单，也很能说明Exchanger的基本使用。当两个线程都到达调用exchange方法的同步点的时候，两个线程就能交换彼此的数据。