一、什么是信号量机制
信号量(Semaphore)，是在程序在多线程环境下使用的一种措施或方案，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量；一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量。其它想进入该关键代码段的线程必须等待直到第一个线程释放信号量。为了完成这个过程，需要创建一个信号量semaphore，然后将等待操作以及释放操作分别放置在每个关键代码段的首末端。确认这些信号量Semaphore引用的是初始创建的信号量。
信号量的两个重要操作：P、V:
- p操作（wait）：申请一个单位的资源
- v操作（signal）：释放一个单位的资源
PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语（不可中断过程）组成，对信号量进行操作，具体定义如下：
- P（S）：
①将信号量S的值减1，即S=S-1；
②如果S<=0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。 - V（S）：
①将信号量S的值加1，即S=S+1；
②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。
PV操作的意义：
我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。
PV操作实现进程互斥时应该注意：
- 每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。若有多个分支，要认真检查其成对性。
- P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。
- 互斥信号量的初值一般为1。
以上内容参考：https://blog.csdn.net/speedme/article/details/17597373
信号量机制和生产者消费者有什么关系？
生产者—消费者问题，最基本的带有缓冲区的信号量问题，生产者判断缓冲区是否已满，来进行PV操作申请和释放线程，消费者判断缓冲区是否可以进行消费来进行PV操作申请线程进行消费。
二、Java实现生产者消费者问题的三种实现方式
1.synchronized方式
/** * @author 17122 * 生产者消费者 */ public class Test01 { private final int MAX = 5; private final int MIN = 0; private int value = 0; /** * 生产者 * * @throws InterruptedException */ public synchronized void producer() throws InterruptedException { while (value >= MAX) { this.wait(); } value++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产：" + value); this.notifyAll(); } /** * 消费者 * * @throws InterruptedException */ public synchronized void consumer() throws InterruptedException { while (value == MIN) { this.wait(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费：" + value); value--; //唤醒随机一个线程 //this.notify(); //唤醒全部线程 this.notifyAll(); } }
2.JUC方式
/** * @author 17122 * 生产者消费者 */ public class Test01 { private final int MAX = 5; private final int MIN = 0; private int value = 0; public Lock lock = new ReentrantLock(); public Condition condition = lock.newCondition(); /** * 生产者 */ public void producer() { lock.lock(); try { while (value >= MAX) { condition.await(); } value++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产：" + value); condition.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } /** * 消费者 */ public void consumer() { lock.lock(); try { while (value == MIN) { //属于object的方法，不属于他自己的方法 //condition.wait(); condition.await(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费：" + value); value--; //属于object的方法，不属于他自己的方法 //condition.notifyAll(); condition.signalAll(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } } }
3.Monitor方式
/** * @author 17122 * 生产者消费者问题 */ public class Test02 { private final int MAX = 5; private final int MIN = 0; private int value = 0; /** * 声明一个监视器 */ private Monitor monitor = new Monitor(); /** * 生产者 * * @throws InterruptedException */ public void producer() throws InterruptedException { //enterWhen：相当于加锁 为true时往下执行 monitor.enterWhen(monitor.newGuard(() -> value < MAX)); value++; System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产：" + value); monitor.leave(); } /** * 消费者 * * @throws InterruptedException */ public void consumer() throws InterruptedException { monitor.enterWhen(monitor.newGuard(() -> value >= MIN)); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费：" + value); value--; //离开这个监视器。 只能由当前占用此监视器的线程调用。 monitor.leave(); } }
三、由此产生哪些问题
1.notifyAll()和notify()
两个方法都是由Object类自带的方法，notify()可以在多线程等待中随机唤醒一个线程，而notifyAll()是唤醒全部的等待线程。
2.await()和wait()
await()和wait()都可以由Condition类进行调用，但不同的是Condition 调用wait()时线程会报错，这是因为在JUC中，Condition使用的是await()方法进行线程等待。
