【java并发知识点】Semaphore源码分析及使用-CFANZ编程社区

Semaphore信号量

一、信号量概念

信号量是操作系统的PV原语在java中的实现，可以指定有限资源个数，线程获取资源，则资源个数减1；线程释放资源，则资源个数加1。信号量为1则类似互斥锁。信号量的主要功能是实现限流，它只允许同时有n个线程同时获取信号量。其加锁解锁逻辑是基于共享锁的实现。

二、常用方法

	//构造方法
	public Semaphore(int permits) {
	    sync = new NonfairSync(permits);
	}
    public Semaphore(int permits, boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
    }
	//获取资源，资源数减1
    public void acquire() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }
    //获取指定资源数
    public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
        sync.acquireSharedInterruptibly(permits);
    }
    //尝试获取资源，返回true or false，不会阻塞线程
    public boolean tryAcquire(int permits) {
        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
        return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;
    }
    //释放资源，资源数加1
    public void release() {
        sync.releaseShared(1);
    }
    //释放指定数量的资源
    public void release(int permits) {
        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
        sync.releaseShared(permits);
    }

三、获取资源、释放资源逻辑分析

获取资源源码分析
以acquire() 方法作为入口
在这里插入图片描述
此处如果线程设置中断标志，将在这里抛出中断异常。

进入Semaphore.NonfairSync.tryAcquireShared(int acquires)方法获取资源

自旋获取共享信号量，直到信号量不足或者CAS获取资源成功后退出循环
如果当前尝试信号量，资源数小于0，则进入doAcquireSharedInterruptibly(arg)方法准备进行入队阻塞
进入addWaiter(Node mode)方法进行入队
在这里插入图片描述
进入enq(Node node)方法，在这方法里使用了for (;;)循环去保证节点的入队操作。

第一次循环做的操作为红色，即生成一个空节点作为头尾节点；第二次循环即将当前节点入队，并修改前驱后继指针的指向，将插入的节点设置为尾节点。
在这里插入图片描述
入队成功后，准备进行阻塞操作。在阻塞操作之前，再次尝试获取资源，如果没获取成功，设置同步阻塞队列的节点的waitStatus，去尝试阻塞。

至此，获取不到信号量的线程进入阻塞状态，直到别的线程释放资源，调用release()方法，再去唤醒同步等待队列里的线程。那就让我们看一看释放资源如何唤醒线程吧

释放资源源码分析
以Semaphore.release()作为入口，调用了sync.releaseShared(1)。
在这里插入图片描述
在这个方法中尝试去释放资源。通过CAS替换state的值，CAS成功，即释放信号量成功，执行doReleaseShared()

在阻塞线程之前我们已经将唤醒节点的前趋节点的waitStatus置为-1，此时再CAS前趋节点的waitStatus，置为0；CAS成功进入unparkSuccessor(h) 方法唤醒线程。
**线程唤醒之后，再次准备获取资源，进行CAS操作。**被阻塞的线程继续执行doAcquireSharedInterruptibly(int arg)方法。此时CAS成功，r为信号量，如果r>=0，表示获取资源成功，则进行节点的出队。
在这里插入图片描述
并且在出队的过程中，对后续节点判断，mode是否是SHARED，如果是，进行唤醒。此处为共享锁唤醒的特点。

Semaphore的获取，释放资源的源码分析就到此。

四、同步等待队列在获取释放资源的流程图

五、Semaphore使用举例

public class SemaphoreTest {

    private Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

    private ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

    public void count() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            executorService.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("线程" + finalI + "获取信号量");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                semaphore.release();
            });
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SemaphoreTest semaphoreTest = new SemaphoreTest();
        semaphoreTest.count();
    }
}