Jdk1.6 JUC源码解析(10)-Semaphore
作者：大飞
功能简介：
- Semaphore是一种基于计数的信号量，管理了一组许可。线程可以申请许可，当信号量中有许可时，线程申请成功，拿走一个许可；没有许可时，线程阻塞等待其他线程用完了许可，归还给信号量。这个许可不是真正的许可(比如凭证)，只是一个计数，线程也不会真正使用这些许可。
- Semaphore一般用来构建一些对象池，资源池之类的，比如数据库连接池。
- 可以创建一个count为1的Semaphore作为一种类似互斥锁的机制，也叫二元信号量，表示两种互斥状态。但和Lock有些区别，Lock只能又获取锁的线程来释放锁，而Semaphore允许其他线程来做释放动作。
- Semaphore也支持公平和非公平策略。
源码分析：
- Semaphore基于AQS构建，首先看下内部的同步器：
/**
* semaphore内部的同步器实现，使用AQS的state表示许可。
* 子类分为公平版和非公平版。
*/
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;
Sync(int permits) {
setState(permits);
}
final int getPermits() {
return getState();
}
//共享模式下非公平的请求。
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
//获取当前可用许可数量。
int available = getState();
//获取申请后剩余许可数量。
int remaining = available - acquires;
//如果确认有可申请的许可，那么通过CAS操作进行请求。
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
//释放方法实现很简单，CAS直接释放。
for (;;) {
int p = getState();
if (compareAndSetState(p, p + releases))
return true;
}
}
final void reducePermits(int reductions) {
//通过CAS减去一定数量的许可。
for (;;) {
int current = getState();
int next = current - reductions;
if (compareAndSetState(current, next))
return;
}
}
//将许可数量置为0，并返回现有的许可数量。
final int drainPermits() {
for (;;) {
int current = getState();
if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))
return current;
}
}
}
看下公平和非公平版的同步器子类，先看非公平版：
/**
* NonFair version
*/
final static class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;
NonfairSync(int permits) {
super(permits);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return nonfairTryAcquireShared(acquires);
}
}
再看下公平版：
/**
* Fair version
*/
final static class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 2014338818796000944L;
FairSync(int permits) {
super(permits);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
//公平版的请求，需要先检查同步队列里有没有比当前线程更早的线程在等待。
if (getFirstQueuedThread() != Thread.currentThread() &&
hasQueuedThreads())
return -1;
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
}
- 最后看下Semaphore内部的实现：
public class Semaphore implements java.io.Serializable {
private static final long serialVersionUID = -3222578661600680210L;
/** All mechanics via AbstractQueuedSynchronizer subclass */
private final Sync sync;
...
public Semaphore(int permits) {
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {
sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}
public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public void acquireUninterruptibly() {
sync.acquireShared(1);
}
/**
* 这个方法在公平模式下会打破公平策略。想保持公平策略，请使用tryAcquire(permits, 0, TimeUnit.SECONDS)。
*/
public boolean tryAcquire() {
return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;
}
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
}
public void release() {
sync.releaseShared(1);
}
public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.acquireSharedInterruptibly(permits);
}
public void acquireUninterruptibly(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.acquireShared(permits);
}
/**
* 这个方法在公平模式下会打破公平策略。想保持公平策略，请使用tryAcquire(permits, 0, TimeUnit.SECONDS)。
*/
public boolean tryAcquire(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;
}
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
return sync.tryAcquireSharedNanos(permits, unit.toNanos(timeout));
}
public void release(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.releaseShared(permits);
}
public int availablePermits() {
return sync.getPermits();
}
/**
* 请求所有的可用许可，并返回可用的许可数量。
*/
public int drainPermits() {
return sync.drainPermits();
}
/**
* 收缩可用的许可数量。该方法和请求方法不同，不会阻塞。
*/
protected void reducePermits(int reduction) {
if (reduction < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.reducePermits(reduction);
}
public boolean isFair() {
return sync instanceof FairSync;
}
public final boolean hasQueuedThreads() {
return sync.hasQueuedThreads();
}
public final int getQueueLength() {
return sync.getQueueLength();
}
protected Collection<Thread> getQueuedThreads() {
return sync.getQueuedThreads();
}
public String toString() {
return super.toString() + "[Permits = " + sync.getPermits() + "]";
}
}
实现比较简单，代码都很容易看懂。
小总结一下：
1.建立一个包含n个许可的信号量(内部的计数为n)，当一个线程从信号量中请求一个许可(调用acquire())，如果信号量中有许可的话(n大于0)，那么线程成功获取许可，信号量内部许可数量减1(n减1)；如果信号量中没有许可(n等于0)，那么当前线程阻塞。
2.当一个线程归还许可(调用release()，内部计数加1)，其他在acquire()方法处等待的线程便有可能被唤醒来竞争许可。
3.公平模式下，如果有线程在acquire()处等待，新来的请求线程会排在这些等待线程后面；非公平模式下，新来的请求线程可能会插队，比在acquire()处等待的线程提前申请到许可。
Semaphore的代码解析完毕！