Java Semaphore怎么实现高并发场景下的流量控制

这篇文章主要介绍“Java Semaphore怎么实现高并发场景下的流量控制”，在日常操作中，相信很多人在Java Semaphore怎么实现高并发场景下的流量控制问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”Java Semaphore怎么实现高并发场景下的流量控制”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着小编一起来学习吧！

Semaphore介绍

首先我们看一下Semaphore类的构造函数是如何实现的。

public Semaphore(int permits, boolean fair) {        sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);    }

我们可以看到有两个参数，分别对应的是信号量的许可次数以及是否为公平锁，其中关于锁的概念可以参考补充。

我们看一下主要使用到的方法——tryAcquire，尝试申请锁，看一下该方法有几个实现。

public boolean tryAcquire() {        return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;    }    public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException {        return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));    }    public boolean tryAcquire(int permits) {        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();        return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;    }    public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException {        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();        return sync.tryAcquireSharedNanos(permits, unit.toNanos(timeout));    }

我们需要注意的是，Semaphore是一个可重入的共享锁，所以除了可以增加申请锁的超时时间外，还可以设置申请的许可证数量。一般在业务场景中申请1次就可以了。

Semaphore还提供了阻塞的申请方式，一旦执行就会一直阻塞直到申请到锁，就是acquire方法。有兴趣的话，可以看看，也基本上支持多种参数实现。

代码演示

下面看一下我写的demo代码，演示一下Semaphore的限流效果。

先添加一些maven依赖

<dependency>            <groupId>cn.hutool</groupId>            <artifactId>hutool-all</artifactId>            <version>5.7.15</version>        </dependency>        <dependency>            <groupId>org.projectlombok</groupId>            <artifactId>lombok</artifactId>            <optional>true</optional>        </dependency>

示例代码

package com.huyi.csdn.tools; import cn.hutool.core.thread.ThreadUtil;import lombok.Builder;import lombok.Data;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import org.springframework.scheduling.concurrent.CustomizableThreadFactory; import java.util.Random;import java.util.concurrent.*;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;import java.util.stream.IntStream; @Slf4jpublic class SemaphoreDemo {  private static final Semaphore SEMAPHORE = new Semaphore(3, true);  private static final ExecutorService POOL =      Executors.newFixedThreadPool(10, new CustomizableThreadFactory("TASK-"));  private static final ScheduledExecutorService ENGINE_POOL =      Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(new CustomizableThreadFactory("ENGINE-"));  public static LinkedBlockingQueue<Task> taskQueue;  public static AtomicInteger codeBuilder;   @Data  @Builder  public static class Task {    private Integer code;    private Runnable work;  }   public static void init() {    taskQueue = new LinkedBlockingQueue<>();    codeBuilder = new AtomicInteger(0);    log.info(">>> 任务队列初始化");    log.info(">>> 任务引擎启动");    engineOn();  }   private static void engineOn() {    ENGINE_POOL.scheduleAtFixedRate(        () -> {          if (taskQueue.isEmpty()) {            log.info("队列为空，无任务需要执行");          } else {            if (SEMAPHORE.tryAcquire()) {              try {                Task task = taskQueue.poll();                log.info("code:{} 任务获得执行许可", task.getCode());                POOL.submit(task.getWork());                log.info("code:{} 任务提交执行", task.getCode());              } catch (Exception exception) {                exception.printStackTrace();              }            } else {              log.info("执行任务数量已经达到限制，无法执行任务");            }          }        },        0,        1,        TimeUnit.SECONDS);  }   public static void addTask(Runnable runnable) {    Integer code = codeBuilder.incrementAndGet();    Task task =        Task.builder()            .code(code)            .work(                () -> {                  try {                    runnable.run();                  } catch (Exception exception) {                    exception.printStackTrace();                  } finally {                    log.info("code:{}-结束任务", code);                    SEMAPHORE.release();                  }                })            .build();    taskQueue.add(task);  }   public static void main(String[] args) {    SemaphoreDemo.init();    Random random = new Random();    for (int i = 0; i < 10; i++) {      SemaphoreDemo.addTask(          () -> {            IntStream.range(1, random.nextInt(10) + 1)                .forEach(                    a -> {                      log.info("第{}次进攻敌方基地", a);                      ThreadUtil.sleep(1000);                    });            log.info("进攻结束");          });    }  }}

代码说明：

先添加了两个静态的线程池，一个为给引擎工作的定时线程池，一个为给异步任务提供的任务线程池。

在初始化的时候会提前创建好任务队列，这里使用的是LinkedBlockingQueue。

初始化之后，可以引擎会定时尝试获取Semaphore的许可证，如果可以拿到则将任务提交给线程池执行。

在构建任务的时候，会将需要执行的内容重新包装，保证任务执行结束的时候会主动释放Semaphore的许可证。

main方法主要是在10秒内提交10个不定时完成的任务，我们可以看看是否限制了异步任务的数量。

验证一下，看看执行结果

E:\Java\jdk1.8.0_40\bin\java.exe "-javaagent:E:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.1.1\lib\idea_rt.jar=3927:E:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.1.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\charsets.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\deploy.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\cldrdata.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\dnsns.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\jaccess.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\jfxrt.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\localedata.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\nashorn.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\sunec.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\ext\zipfs.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\javaws.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\jce.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\jfr.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\jfxswt.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\jsse.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\management-agent.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\plugin.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\resources.jar;E:\Java\jdk1.8.0_40\jre\lib\rt.jar;C:\Users\yi\IdeaProjects\csdn\target\classes;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-web\2.5.6\spring-boot-starter-web-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter\2.5.6\spring-boot-starter-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-logging\2.5.6\spring-boot-starter-logging-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\ch\qos\logback\logback-classic\1.2.6\logback-classic-1.2.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\ch\qos\logback\logback-core\1.2.6\logback-core-1.2.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\apache\logging\log4j\log4j-to-slf4j\2.14.1\log4j-to-slf4j-2.14.1.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\apache\logging\log4j\log4j-api\2.14.1\log4j-api-2.14.1.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\slf4j\jul-to-slf4j\1.7.32\jul-to-slf4j-1.7.32.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\jakarta\annotation\jakarta.annotation-api\1.3.5\jakarta.annotation-api-1.3.5.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\yaml\snakeyaml\1.28\snakeyaml-1.28.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-json\2.5.6\spring-boot-starter-json-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-databind\2.12.5\jackson-databind-2.12.5.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-annotations\2.12.5\jackson-annotations-2.12.5.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-core\2.12.5\jackson-core-2.12.5.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\com\fasterxml\jackson\datatype\jackson-datatype-jdk8\2.12.5\jackson-datatype-jdk8-2.12.5.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\com\fasterxml\jackson\datatype\jackson-datatype-jsr310\2.12.5\jackson-datatype-jsr310-2.12.5.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\com\fasterxml\jackson\module\jackson-module-parameter-names\2.12.5\jackson-module-parameter-names-2.12.5.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-tomcat\2.5.6\spring-boot-starter-tomcat-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\apache\tomcat\embed\tomcat-embed-core\9.0.54\tomcat-embed-core-9.0.54.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\apache\tomcat\embed\tomcat-embed-el\9.0.54\tomcat-embed-el-9.0.54.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\apache\tomcat\embed\tomcat-embed-websocket\9.0.54\tomcat-embed-websocket-9.0.54.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\spring-web\5.3.12\spring-web-5.3.12.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\spring-beans\5.3.12\spring-beans-5.3.12.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\spring-webmvc\5.3.12\spring-webmvc-5.3.12.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\spring-aop\5.3.12\spring-aop-5.3.12.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\spring-context\5.3.12\spring-context-5.3.12.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\spring-expression\5.3.12\spring-expression-5.3.12.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-devtools\2.5.6\spring-boot-devtools-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot\2.5.6\spring-boot-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-autoconfigure\2.5.6\spring-boot-autoconfigure-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-configuration-processor\2.5.6\spring-boot-configuration-processor-2.5.6.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\projectlombok\lombok\1.18.22\lombok-1.18.22.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\slf4j\slf4j-api\1.7.32\slf4j-api-1.7.32.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\spring-core\5.3.12\spring-core-5.3.12.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\org\springframework\spring-jcl\5.3.12\spring-jcl-5.3.12.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\cn\hutool\hutool-all\5.7.15\hutool-all-5.7.15.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\com\google\guava\guava\31.0.1-jre\guava-31.0.1-jre.jar;C:\Users\yi\.m2\repository\com\google\gua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可以看出，始终只有3个任务在执行任务。

补充

独占锁与共享锁

我发现很多人会把独占锁与公平锁搞混，其实他们不在一个方向上。

独占锁

独占锁是指在同一个时间只能有一个线程占有他，所以具备排他性。像synchronized关键字就是典型的独占锁。

举个栗子：独占锁相当于独间的澡堂，一个人进了这件澡堂，其他人都不能进，只有等他出来。

共享锁

什么是共享锁？

就是指同一时间可以被多个线程占有，像java自带的ReadWriteLock、Semaphore，他们可以设置自己共享的数量。

举个栗子：共享锁相当于一个大型公共澡堂，一开始就设定了能进去洗澡人的数量，比如是10个人，那么你要进去的时候会检查一下有没有满10个，满了你就在门口排队去吧。

公平锁与非公平锁

如果你在排队买奶茶，有个人插队了但是没人制止，你生不生气？他买到了奶茶扬长而去，这公不公平。

公平锁

公平锁就是多个线程去申请锁的使用权的时候，线程会直接进入队列排队，排在前面的可以先获得锁，排在后面的只能等着前面的先用。

举个栗子：有个澡堂，里面已经满了，后面的人想冲进去。但是有个保安站在门口，他让后面想进来的人都排好队，出来一个，就从队伍的前面放一个人进去。

没错，这就很公平。

但是公平锁也会带来其他的缺点，就是需要一个保安去控制，带来的其他开销。如果大家蜂拥而至去抢位置，少了这个保安，会更有效率。没错公平锁的缺点就是会带来更大的开销以及吞吐量下降。

非公平锁

与公平锁对应的就是非公平了，简而言之就是和公平锁反正来，什么不公平来什么。关键字synchronized就是典型的非公平锁。

缺点就是不公平，在某些场景中，特别是每次获取锁后会迅速执行并且释放锁的情况下，非公平锁是可以使用的。假设你洗澡的时间巨长，还有人插我队，这谁能忍得了？

可重入锁

可重入锁的概念很多人容易理解错，他是指同一个线程在申请到锁的情况下，继续申请锁不会阻塞，而是有个计数器记录该线程以及线程申请的次数。

举个栗子：还是单间浴室，但是我有一个洗澡卡，一旦我进了洗澡间就要刷卡，而且出来的时候还需要刷卡退出。那么我一旦进了洗澡间，我可以刷好几次进入卡，这不会阻塞住，因为都是我自己刷的。但是我退出洗澡间的时候我得刷同样次数的退出卡，不然下一个进来的人刷不了进入卡。好理解吗？你也别管我刷几次，反正我刷几次进入，就刷几次退出。

像java的关键字synchronized和ReentrantLock类都是可重入锁。

到此，关于“Java Semaphore怎么实现高并发场景下的流量控制”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，请继续关注编程网网站，小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！