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1. 引言

在本教程中，我們將探討二進(jìn)制信號(hào)量(Binary Semaphore)和可重入鎖(Reentrant Lock)。另外，我們會(huì)將它們相互比較，看看哪一個(gè)最適合常見(jiàn)情況。

2. 什么是二進(jìn)制信號(hào)量

二進(jìn)制信號(hào)量在單個(gè)資源的訪問(wèn)上提供信令機(jī)制。換句話說(shuō)，二進(jìn)制信號(hào)量提供了一種互斥機(jī)制，一次只允許一個(gè)線程訪問(wèn)一個(gè)關(guān)鍵部分。它只保留一個(gè)通行證，因此二進(jìn)制信號(hào)量只有兩種狀態(tài)：可用(count=1) 和不可用(count=0)。

我們使用Java中的 Semaphore 類(lèi)來(lái)討論一個(gè)簡(jiǎn)單的二進(jìn)制信號(hào)量的實(shí)現(xiàn) ：

Semaphore binarySemaphore = new Semaphore(1); 
try { 
    binarySemaphore.acquire(); 
    assertEquals(0, binarySemaphore.availablePermits()); 
} catch (InterruptedException e) { 
    e.printStackTrace(); 
} finally { 
    binarySemaphore.release(); 
    assertEquals(1, binarySemaphore.availablePermits()); 
} 

在這里，我們可以觀察到，acquire方法將可用許可減少了一個(gè)。類(lèi)似地，release方法將可用許可增加1。

另外，Semaphore 類(lèi)提供了 fairness 參數(shù)。當(dāng)設(shè)置為true時(shí)，fairness 參數(shù)確保請(qǐng)求線程獲取許可的順序(基于它們的等待時(shí)間)：

Semaphore binarySemaphore = new Semaphore(1, true); 

3. 什么是重入鎖?

可重入鎖是一種互斥機(jī)制，允許線程在沒(méi)有死鎖的情況下(多次)重入資源上的鎖。

進(jìn)入鎖的線程每次增加一個(gè)持有計(jì)數(shù)。類(lèi)似地，請(qǐng)求解鎖時(shí)持有計(jì)數(shù)減少。因此，資源被鎖定，直到計(jì)數(shù)器返回到零。例如，讓我們看一個(gè)使用Java中 ReentrantLock 類(lèi)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)：

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(); 
try { 
    reentrantLock.lock(); 
    assertEquals(1, reentrantLock.getHoldCount()); 
    assertEquals(true, reentrantLock.isLocked()); 
} finally { 
    reentrantLock.unlock(); 
    assertEquals(0, reentrantLock.getHoldCount()); 
    assertEquals(false, reentrantLock.isLocked()); 
} 

這里，lock方法將持有計(jì)數(shù)增加1，并鎖定資源。類(lèi)似地，unlock方法減少持有計(jì)數(shù)，如果持有計(jì)數(shù)為零，則解鎖資源。當(dāng)線程重新進(jìn)入鎖時(shí)，它必須請(qǐng)求相同次數(shù)的解鎖以釋放資源：

reentrantLock.lock(); 
reentrantLock.lock(); 
assertEquals(2, reentrantLock.getHoldCount()); 
assertEquals(true, reentrantLock.isLocked()); 
 
reentrantLock.unlock(); 
assertEquals(1, reentrantLock.getHoldCount()); 
assertEquals(true, reentrantLock.isLocked()); 
 
reentrantLock.unlock(); 
assertEquals(0, reentrantLock.getHoldCount()); 
assertEquals(false, reentrantLock.isLocked()); 

與Semaphore類(lèi)類(lèi)似，ReentrantLock類(lèi)也支持 fairness 參數(shù)：

ReentrantLock reentrantLock = new ReentrantLock(true); 

4. 二進(jìn)制信號(hào)量與重入鎖

4.1. 機(jī)制

二進(jìn)制信號(hào)量是一種信令機(jī)制，而可重入鎖是一種鎖定機(jī)制。

4.2.所有權(quán)

沒(méi)有線程是二進(jìn)制信號(hào)量的所有者。但是，成功鎖定資源的最后一個(gè)線程是可重入鎖的所有者。

4.3. 本質(zhì)

二進(jìn)制信號(hào)量本質(zhì)上是不可重入的，這意味著同一個(gè)線程不能重新獲取關(guān)鍵部分，否則會(huì)導(dǎo)致死鎖。另一方面，可重入鎖本質(zhì)上允許同一線程多次重入鎖。

4.4. 靈活性

二進(jìn)制信號(hào)量通過(guò)允許鎖定機(jī)制和死鎖恢復(fù)的自定義實(shí)現(xiàn)，提供了更高級(jí)別的同步機(jī)制。因此，它為開(kāi)發(fā)人員提供了更多的控制。然而，可重入鎖則是一種低級(jí)同步，具有固定的鎖機(jī)制。

4.5. 可修改性

二進(jìn)制信號(hào)量支持 wait 和 signal(在Java的Semaphore類(lèi)中獲取和釋放)等操作，以允許任何進(jìn)程修改可用的許可證。另一方面，只有鎖定/解鎖資源的同一線程才能修改可重入鎖。

4.6. 死鎖恢復(fù)

二進(jìn)制信號(hào)量提供了一種非所有權(quán)釋放機(jī)制。因此，任何線程都可以釋放二進(jìn)制信號(hào)量的死鎖恢復(fù)許可。

相反，在重入鎖的情況下很難實(shí)現(xiàn)死鎖恢復(fù)。例如，如果可重入鎖的所有者線程進(jìn)入睡眠或無(wú)限等待狀態(tài)，就不可能釋放資源，從而導(dǎo)致死鎖情況。

5. 總結(jié)

在這篇短文中，我們探討了二進(jìn)制信號(hào)量和可重入鎖。

首先，我們討論了二進(jìn)制信號(hào)量和可重入鎖的基本定義，以及Java中的基本實(shí)現(xiàn)。然后，我們根據(jù)機(jī)制、所有權(quán)和靈活性等參數(shù)對(duì)它們進(jìn)行了比較。

我們可以肯定地得出結(jié)論二進(jìn)制信號(hào)量為互斥提供了一種基于非所有權(quán)的信令機(jī)制。同時(shí)，它還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，以提供鎖定功能和容易的死鎖恢復(fù)。

另一方面，可重入鎖提供了具有基于所有者的鎖定功能的可重入互斥，作為簡(jiǎn)單的互斥鎖非常有用。

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