面试题：Java信号量在资源池中的应用优化

Question

在一个数据库连接池的场景下，使用`Semaphore`来控制连接的并发获取数量为10。假设每个数据库操作耗时不同，并且可能出现连接长时间占用的情况，阐述如何优化信号量的使用以避免出现饥饿现象和提高整体的资源利用率，同时提供相应的优化代码片段。

Answer 1

优化思路

1. 公平性设置：Semaphore默认是非公平的，可能导致某些线程长时间等待。将其设置为公平模式，按照线程请求的顺序来分配信号量，减少饥饿现象。
2. 动态调整：根据实际的连接使用情况，动态调整信号量的数量。如果发现连接长时间被占用，且等待队列较长，可以适当增加信号量数量；反之，如果连接利用率较低，可以适当减少信号量数量。
3. 超时机制：为获取信号量的操作设置超时时间，避免线程无限期等待。

优化代码片段

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class DatabaseConnectionPool {
    private static final int MAX_CONNECTIONS = 10;
    private final Semaphore semaphore;
    // 模拟数据库连接
    private boolean[] connections;

    public DatabaseConnectionPool() {
        // 设置为公平模式
        semaphore = new Semaphore(MAX_CONNECTIONS, true);
        connections = new boolean[MAX_CONNECTIONS];
    }

    public boolean getConnection(long timeout) {
        try {
            // 设置获取信号量的超时时间
            if (semaphore.tryAcquire(timeout, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                for (int i = 0; i < MAX_CONNECTIONS; i++) {
                    if (!connections[i]) {
                        connections[i] = true;
                        return true;
                    }
                }
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        return false;
    }

    public void releaseConnection() {
        for (int i = 0; i < MAX_CONNECTIONS; i++) {
            if (connections[i]) {
                connections[i] = false;
                semaphore.release();
                break;
            }
        }
    }
}

在上述代码中：

1. Semaphore构造函数中设置为公平模式new Semaphore(MAX_CONNECTIONS, true)。
2. getConnection方法中使用tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)设置了获取信号量的超时时间，避免线程无限期等待。
3. releaseConnection方法在释放连接时，释放对应的信号量，使得其他等待的线程有机会获取连接。