Semaphore用于保存当前可用许可的数量。是通过共享锁实现的。根据共享锁的获取原则，Semaphore分为"公平信号量"和"非公平信号量"。
"公平信号量"和"非公平信号量"的释放信号量的机制是一样的！不同的是它们获取信号量的机制：线程在尝试获取信号量许可时，对于公平信号量而言，如果当前线程不在队列的头部，则排队等候；而对于非公平信号量而言，无论当前线程是不是在队列的头部，它都会直接获取信号量。该差异具体的体现在，它们的tryAcquireShared()函数的实现不同。
如果要使用Semaphore对象时，首先通过构造函数取得对象，如下：
public Semaphore(int permits) { // 构造函数默认使用非公平的方式获取
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) { // 构造函数中指定获取的方式
sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}
然后就可以调用Semaphore对象进行信号量的获取了，如下：
public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.acquireSharedInterruptibly(permits);
}
1、公平信号量的获取
首先来看公平信号量的获取，方法如下：
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException {
// 如果线程是中断状态，则抛出异常
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 尝试获取共享锁；获取成功则直接返回，获取失败，则通过doAcquireSharedInterruptibly()获取。
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
如果tryAcquireShared()方法获取失败，通常会返回一个小于0的数量。Semaphore中公平锁对应的tryAcquireShared()实现如下：
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
// 判断当前线程是不是队列中的第一个线程。若是的话，则返回-1，跳出死循环
if (hasQueuedPredecessors())
return -1;
int available = getState(); // 获取当前可用的信号量的许可数
// 设置获得acquires个信号量许可之后，剩余的信号量许可数
int remaining = available - acquires;
// 如果剩余的信号量许可数>=0”，则设置可以获得的信号量许可数为remaining。
if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
返回的是remaining，如果为-1，表示获取失败。如果为>=0，则预示了其他共享获取操作能否成功。
如上方法获取失败后，调用doAcquireSharedInterruptibly()方法，源码如下：
private void doAcquireSharedInterruptibly(long arg) throws InterruptedException {
// 创建当前线程的Node节点，且Node中记录的锁是共享锁类型；并将该节点添加到队列末尾。
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
// 获取上一个节点，如果上一节点是队列的表头，则尝试获取共享锁
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
long r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
// 当前线程一直等待，直到获取到共享锁。
// 如果线程在等待过程中被中断过，则再次中断该线程(还原之前的中断状态)。
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
2、非公平信号量的获取
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return nonfairTryAcquireShared(acquires);
}
在这个方法里调用了如下方法：
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) { // 非公平方式获取共享锁的一定量许可
for (;;) {
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining))// 如果remaining>=0，则通过CAS方式更新当前许可的数量
return remaining;
}
}
判断当前剩余的信号量许可数，返回小于0的数表示获取失败，大于等于0表示成功。
非公平和公平主要体现在tryAcquireShared()方法的实现上。
（1）非公平获取 如果当前可用的信号量许可大于等于请求数，则通过CAS修改剩余许可量并返回，如果小于的话，返回小于0的数，表示获取失败。
（2）公平获取 在获取时还会判断。如果当前线程不在队列的头部，则返回-1，排队等候；然后再去判断信号量许可。
3、公平信号量的释放
调用如下方法来释放信号量许可，如下：
public void release() {
sync.releaseShared(1);
}
public void release(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.releaseShared(permits);
}
调用无参数的release()方法默认只释放一个信号量许可，而下面的可以指定：
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
首先调用tryReleaseShared()方法去释放，源代码如下：
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
for (;;) {
// 获取可以获得的信号量的许可数
int current = getState();
// 获取释放releases个信号量许可之后，剩余的信号量许可数
int next = current + releases;
if (next < current) // overflow
throw new Error("Maximum permit count exceeded");
// 设置可以获得的信号量的许可数为next
if (compareAndSetState(current, next))
return true;
}
}
如果tryReleaseShared()尝试释放共享锁失败，则会调用doReleaseShared()去释放共享锁。doReleaseShared()的源码如下
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
// 获取CLH队列的头节点
Node h = head;
// 如果头节点不为null，并且头节点不等于tail节点。
if (h != null && h != tail) {
// 获取头节点对应的线程的状态
int ws = h.waitStatus;
// 如果头节点对应的线程是SIGNAL状态，则意味着“头节点的下一个节点所对应的线程”需要被unpark唤醒。
if (ws == Node.SIGNAL) {
// 设置“头节点对应的线程状态”为空状态。失败的话，则继续循环。
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue;
// 唤醒“头节点的下一个节点所对应的线程”。
unparkSuccessor(h);
}
// 如果头节点对应的线程是空状态，则设置“文件点对应的线程所拥有的共享锁”为其它线程获取锁的空状态。
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
// 如果头节点发生变化，则继续循环。否则，退出循环。
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}
4、非公平信号量的释放
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return nonfairTryAcquireShared(acquires);
}
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
// 设置可以获得的信号量的许可数
int available = getState();
// 设置获得acquires个信号量许可之后，剩余的信号量许可数
int remaining = available - acquires;
// 如果剩余的信号量许可数>=0，则设置可以获得的信号量许可数为remaining
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
举个例子，如下：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class SemaphoreTest1 {
private static final int SEM_MAX = 10;
public static void main(String[] args) {
Semaphore sem = new Semaphore(SEM_MAX);
//创建线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
//在线程池中执行任务
threadPool.execute(new MyThread(sem, 5));
threadPool.execute(new MyThread(sem, 4));
threadPool.execute(new MyThread(sem, 7));
//关闭池
threadPool.shutdown();
}
}
class MyThread extends Thread {
private volatile Semaphore sem; // 信号量
private int count; // 申请信号量的大小
MyThread(Semaphore sem, int count) {
this.sem = sem;
this.count = count;
}
public void run() {
try {
// 从信号量中获取count个许可
sem.acquire(count);
Thread.sleep(2000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " acquire count="+count);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 释放给定数目的许可，将其返回到信号量。
sem.release(count);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release " + count + "");
}
}
}
某一次运行后的结果如下：
pool-1-thread-1 acquire count=5 pool-1-thread-2 acquire count=4 pool-1-thread-1 release 5 pool-1-thread-2 release 4 pool-1-thread-3 acquire count=7 pool-1-thread-3 release 7
原文地址：http://www.2cto.com/kf/201402/278471.html
时间： 2024-07-29 00:37:00