情景导入

我想各位小伙伴一定都做过导出功能，就算没做过，那肯定也用过。

如果你既没有吃过猪肉，也没有见过猪跑。那这篇文章也可以读一读，可以补充点知识。

导出作为一个非常常见的功能，也是稍有不慎就会导致系统压力剧增的问题之一。

有类似苦恼的小伙伴可以阅读下我以前写的文章：

java 导出 excel 最佳实践，java 大文件 excel 避免OOM(内存溢出) excel 工具框架

cpu 又报警了，快看看为什么？

记得前不久，一个本该和平的上午，报警群里忽然就炸了，报警信息不断地轰炸过来。

“快看看怎么了？”，项目经理赶紧让各位同事查查问题。

“CPU 太高了”，查了下，有人回到，“不知道是谁在一直导出大文件。”

我们知道 excel 的导出是非常消耗较器性能的，为了限制范围，以前已经加了时间范围 1 个月，还做了很多优化。

但是现在操作员可能在同时导出，导致机器压力还是太大了。

“看一下能不能解决这个问题”，项目经理说，“这么报警也不是办法。”

怎么解决？

各位小伙伴，如果是你来解决这个问题，你会怎么做呢？

我们今天来介绍一种比较常用的解决方案，需要用到今天的主角 Semaphore 信号量。

小伙伴有其他想法也欢迎评论区和大家分享讨论一下。

Semaphore 介绍

计数信号量（Counting Semaphore）用来控制同时访问的某个特定资源的操作数量，或者同时执行某个指定操作的数量。

ps: 我们可以根据这个特性，灵活地限制同时导出的执行数量。

计算信号量还可以用来实现某种资源池，或者对容器施加边界。

Semaphore 中管理着一组虚拟许可（permit），许可的初始量可通过构造函数来指定。

在执行操作时可以首先获得许可（只要还有剩余的许可），并在使用以后释放许可。

如果没有许可，那么acquire将阻塞直到有许可（或者直到被中断或者操作超时）。

release方法将返回一个许可给信号量。计算信号量的一种简化形式是二值信号量，即初始化值为1的Semaphore。二值信号量可以用做互斥体（mutex），并具备不可重入的加锁语义：谁拥有这个唯一的许可，谁就拥有了互斥锁。

使用例子

public class TestSemaphore {
    public static void main(String[] args) {
        // 线程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        // 只能5个线程同时访问
        final Semaphore semp = new Semaphore(5);
        // 模拟20个客户端访问
        for (int index = 0; index  current) // underflow
                throw new Error("Permit count underflow");
            // 通过 CAS 设置    
            if (compareAndSetState(current, next))
                return;
        }
    }

    // 这个就是将 state 设置为 0
    // 功能是将剩余的授权都清空。
    final int drainPermits() {
        for (;;) {
            int current = getState();
            if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))
                return current;
        }
    }
}

非公平锁实现

非公平锁的 tryAcquireShared 就是直接调用 Sync 中的方法。

/**
 * NonFair version
 */
static final class NonfairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;
    NonfairSync(int permits) {
        super(permits);
    }
    protected int tryAcquireShared(int acquires) {
        return nonfairTryAcquireShared(acquires);
    }
}

公平锁实现

/**
 * Fair version
 */
static final class FairSync extends Sync {
    private static final long serialVersionUID = 2014338818796000944L;

    FairSync(int permits) {
        super(permits);
    }

    protected int tryAcquireShared(int acquires) {
        for (;;) {
            if (hasQueuedPredecessors())
                return -1;
            int available = getState();
            int remaining = available - acquires;
            if (remaining = 0;
}

可以根据我们指定是否公平尝试获取锁：

public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException {
    return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}

这个方法对应的就是我们指定的 NoFairSync 或者 FairSync 对象了。

指定获取信号量的个数

默认是获取 1 个信号量，我们也可以指定获取的个数。

public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
    if (permits = 0;
}

当然也有同时指定信号量个数+超时时间的方法：

public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException {
    if (permits This method is typically used for debugging and testing purposes.
 *
 * @return the number of permits available in this semaphore 剩余的可用信号量
 * @author 老马啸西风
 */
public int availablePermits() {
    return sync.getPermits();
}

/**
 * Acquires and returns all permits that are immediately available.
 *
 * @return the number of permits acquired 这个会把所有可用的信号量都用掉。有点一掷千金的味道。
 */
public int drainPermits() {
    return sync.drainPermits();
}
/**
 * Shrinks the number of available permits by the indicated
 * reduction. This method can be useful in subclasses that use
 * semaphores to track resources that become unavailable. This
 * method differs from {@code acquire} in that it does not block
 * waiting for permits to become available.
 *
 * @param reduction the number of permits to remove 减少对应的可用数量。不过这个方法是一个 protected，
 * @throws IllegalArgumentException if {@code reduction} is negative
 */
protected void reducePermits(int reduction) {
    if (reduction < 0) throw new IllegalArgumentException();
    sync.reducePermits(reduction);
}

小结

Semaphore 作为一个并发的控制工具，使用起来非常的方便，实现的原理非常类似可重入锁，都是继承自 AQS 类。

希望本文对你有帮助，如果有其他想法的话，也可以评论区和大家分享哦。

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参考资料

jdk 源码