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【并发】【编程题】Semaphore

信号量相关的编程题目，限流。

题目

实现一个流控程序，控制客户端每秒调用某个远程服务不超过N次，客户端是会多线程并发调用。

解答

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package semaphore;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 题目：实现一个流控程序，控制客户端每秒调用某个远程服务不超过N次，客户端是会多线程并发调用
 */
public class FlowConCurrentController {
    private static final short MAX_TIMES = 10;
    private Semaphore semaphore = new Semaphore(MAX_TIMES);
    private static final SimpleDateFormat df = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");

    private void flowRun(int index) {
        semaphore.acquireUninterruptibly(1);
        System.out.println(df.format(new Date())
                + " 当前线程：" + Thread.currentThread()
                + ",线程值：" + index
                + ", 当前执行线程数：" + semaphore.availablePermits());
    }

    // semaphore.release(Math.max(10 - semaphore.availablePermits(),0)) 不是原子操作
    // 高并发场景下，可能出现某一秒的 MAX_TIMES <= 10 的情况（将线程池中线程数调大后容易出现，尝试设置为40出现该现象）
    private void loopRelease() {
        Executors.newScheduledThreadPool(1).scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("------------------------");
                System.out.println("可用线程数：" + semaphore.availablePermits());
                semaphore.release(Math.max(10 - semaphore.availablePermits(), 0)); // 代码1
                System.out.println("[after]可用线程数：" + semaphore.availablePermits());
            }
        }, 0, 1, TimeUnit.SECONDS);
    }

    /**
     * 模拟客户端调用远程服务
     * @param times 访问次数
     */
    private void loopRun(int times) {
        loopRelease();
        // 使用线程池，由于每秒最大只有11个并发，因此线程池设置为11
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(11);
        for (int i = 1; i <= times; i++) {
            final int index = i;
            service.submit(new Runnable() {
                public void run() {
                    long l = System.currentTimeMillis();
                    int time = (int) (l % 10);
                    try {
                        Thread.sleep(time * 1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    flowRun(index);
                }
            });
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        FlowConCurrentController currentController = new FlowConCurrentController();
        currentController.loopRun(1000);
    }
}

运行效果如下：

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------------------------
可用线程数：10
[after]可用线程数：10
------------------------
可用线程数：10
[after]可用线程数：10
2019-09-22 18:02:51 当前线程：Thread[pool-2-thread-1,5,main],线程值：1, 当前执行线程数：8
2019-09-22 18:02:51 当前线程：Thread[pool-2-thread-2,5,main],线程值：2, 当前执行线程数：8
------------------------
可用线程数：8
[after]可用线程数：10
2019-09-22 18:02:52 当前线程：Thread[pool-2-thread-3,5,main],线程值：3, 当前执行线程数：9
2019-09-22 18:02:52 当前线程：Thread[pool-2-thread-2,5,main],线程值：12, 当前执行线程数：8
2019-09-22 18:02:52 当前线程：Thread[pool-2-thread-1,5,main],线程值：13, 当前执行线程数：7
------------------------
可用线程数：7
[after]可用线程数：10
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-8,5,main],线程值：8, 当前执行线程数：4
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-7,5,main],线程值：7, 当前执行线程数：4
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-9,5,main],线程值：9, 当前执行线程数：3
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-4,5,main],线程值：4, 当前执行线程数：3
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-6,5,main],线程值：6, 当前执行线程数：4
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-5,5,main],线程值：5, 当前执行线程数：3
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-10,5,main],线程值：10, 当前执行线程数：3
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-2,5,main],线程值：15, 当前执行线程数：1
2019-09-22 18:02:53 当前线程：Thread[pool-2-thread-3,5,main],线程值：14, 当前执行线程数：1

由于代码1处的 semaphore.release(Math.max(10 - semaphore.availablePermits(),0)) 不是原子操作，执行semaphore.availablePermits() 获取可用线程数后，等执行semaphore.release() 方法时，semaphore 内的计数器值有可能已被其他线程更改，即高并发场景下，可能出现某一秒的 semaphore 可用的线程 <= 10 的情况。

线程池的线程数设置为40后，出现 Semaphore 可用的线程数为9，以下为部分代码：

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可用线程数：0
[after]可用线程数：10
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-38,5,main],线程值：502, 当前执行线程数：7
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-36,5,main],线程值：504, 当前执行线程数：6
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-9,5,main],线程值：503, 当前执行线程数：7
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-30,5,main],线程值：466, 当前执行线程数：6
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-19,5,main],线程值：465, 当前执行线程数：5
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-15,5,main],线程值：477, 当前执行线程数：4
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-25,5,main],线程值：478, 当前执行线程数：3
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-34,5,main],线程值：479, 当前执行线程数：2
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-35,5,main],线程值：462, 当前执行线程数：1
2019-09-22 17:58:27 当前线程：Thread[pool-2-thread-23,5,main],线程值：463, 当前执行线程数：0
------------------------
可用线程数：0
[after]可用线程数：9
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-40,5,main],线程值：495, 当前执行线程数：8
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-37,5,main],线程值：496, 当前执行线程数：8
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-11,5,main],线程值：497, 当前执行线程数：7
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-37,5,main],线程值：519, 当前执行线程数：5
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-11,5,main],线程值：520, 当前执行线程数：4
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-40,5,main],线程值：518, 当前执行线程数：5
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-37,5,main],线程值：521, 当前执行线程数：3
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-37,5,main],线程值：524, 当前执行线程数：0
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-40,5,main],线程值：523, 当前执行线程数：0
2019-09-22 17:58:28 当前线程：Thread[pool-2-thread-11,5,main],线程值：522, 当前执行线程数：0
------------------------
可用线程数：0
[after]可用线程数：10
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-40,5,main],线程值：526, 当前执行线程数：8
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-37,5,main],线程值：525, 当前执行线程数：8
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-11,5,main],线程值：527, 当前执行线程数：7
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-14,5,main],线程值：487, 当前执行线程数：6
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-24,5,main],线程值：470, 当前执行线程数：4
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-18,5,main],线程值：471, 当前执行线程数：4
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-27,5,main],线程值：472, 当前执行线程数：3
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-21,5,main],线程值：473, 当前执行线程数：2
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-26,5,main],线程值：488, 当前执行线程数：1
2019-09-22 17:58:29 当前线程：Thread[pool-2-thread-1,5,main],线程值：489, 当前执行线程数：0
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