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Semaphore

2018-12-18 2365

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简介：

Semaphore管理一系列许可证；通过acquire方法获取许可证，如果获取到许可证，那么直接返回，否则进入阻塞状态；通过release释放许可证，释放的时候如果有线程因为调用acquire处于阻塞状态，将会唤醒一个线程。一般用于管理一个公共的资源，并且同一时间只允许指定数量的线程访问的场景。

java.util.concurrent中的并发类基本上都是用的是AQS（AbstractQueuedSynchronizer）来实现的，因为之前已经详细分析过，所以这里不再分析，有兴趣可以参考博客：ReentrantLock详解，所以本文中acquire、release的代码并没有详细分析。

1 构造函数

以下是Semaphore构造函数：

public Semaphore(int permits) {

sync = new NonfairSync(permits);

}

public Semaphore(int permits, boolean fair) {

sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);

}

这两个构造函数的差别是：是否指定锁的公平性。公平锁是指按照申请锁的顺序获取锁，非公平锁是指当所资源被释放时，正在申请此资源的多个线程争抢锁，谁抢到归谁。

2 acquire

请求一个许可证，如果当前Semaphore中存在足够的许可证，那么此方法会立即返回，如果当前Semaphore中没有足够的许可证，那么调用此方法的线程将进入阻塞状态直到其他线程通过release释放了许可证。

以下是公平锁的acquire代码：

public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    if (Thread.interrupted())
        throw new InterruptedException();
    if (tryAcquireShared(arg) < 0)
       doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

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

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
    throws InterruptedException {
    final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
    boolean failed = true;
    try {
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head) {
                int r = tryAcquireShared(arg);
                if (r >= 0) {
                   setHeadAndPropagate(node, r);
                    p.next = null; // help GC
                    failed = false;
                    return;
                }
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                throw new InterruptedException();
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}

3 release

release方法的作用是增加一个许可证，这个操作会唤醒一个通过acquire方法阻塞的线程。

public void release() {
sync.releaseShared(1);
}

public final boolean releaseShared(int arg) {
    if (tryReleaseShared(arg)) {
        doReleaseShared();
        return true;
    }
    return false;
}

protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
    for (;;) {
        int current = getState();
        int next = current + releases;
        if (next < current) // overflow
            throw new Error("Maximum permit count exceeded");
        if (compareAndSetState(current, next))
            return true;
    }
}

private void doReleaseShared() {
    for (;;) {
        Node h = head;
        if (h != null && h != tail) {
            int ws = h.waitStatus;
            if (ws == Node.SIGNAL) {
                if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                    continue;            // loop to recheck cases
                unparkSuccessor(h);
            }
            else if (ws == 0 &&
                    !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                continue;                // loop on failed CAS
        }
        if (h == head)                   // loop if head changed
            break;
    }
}

4 示例

以下示例创建了3个线程，他们都尝试获取semaphore对象的许可证，因为只有一个许可证，所以同一时间只有一个线程能执行doTask方法；当一个线程执行完以后会唤醒一个等待的线程继续执行。

public static void main(String[] args) {
    Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        String name = "p-"+i;

        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("时间="+DateUtil.getCurrentTime()+"用户"+name+"开始获取资源");
                semaphore.acquire();
                doTask(name);
                semaphore.release();
                System.out.println("时间="+DateUtil.getCurrentTime()+"用户"+name+"资源释放完成");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        thread.start();
    }
}

private static void doTask(String name){
    System.out.println("时间="+DateUtil.getCurrentTime()+"用户"+name+"开始使用资源，执行任务");
    try {
        Thread.sleep(3000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}