Semaphore
通过permits的值来限制线程访问临界资源的总数,属于有限制次数的共享锁,不支持重入。
在理解 Semaphore
时需要具备一些基本的知识:
之前有写过一篇 《深入浅出AQS源码解析》 关于AQS的文章,对AQS原理不了解的同学可以先看一下
Semaphore
中有3个内部类,分别是 Sync
、 NonfairSync
和 FairSync
, Sync
是 NonfairSync
和 FairSync
的抽象类,我们会从解读 Semaphore
实现的功能开始入手逐渐去解析 Sync
、 NonfairSync
和 FairSync
的源码
public class Semaphore implements java.io.Serializable { private final Sync sync; /** * 初始化permits个资源 */ public Semaphore(int permits) { sync = new NonfairSync(permits); } /** * 初始化permits个资源,根据fair来决定是使用公平锁还是非公平锁的方式 */ public Semaphore(int permits, boolean fair) { sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits); } /** * 中断方式获取一个资源 */ public void acquire() throws InterruptedException { sync.acquireSharedInterruptibly(1); } /** * 非中断方式获取一个资源 */ public void acquireUninterruptibly() { sync.acquireShared(1); } /** * 尝试获取一个资源 */ public boolean tryAcquire() { return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0; } /** * 尝试超时获取一个资源 */ public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout)); } /** * 释放一个资源 */ public void release() { sync.releaseShared(1); } /** * 中断方式获取permits个资源 */ public void acquire(int permits) throws InterruptedException { if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException(); sync.acquireSharedInterruptibly(permits); } /** * 非中断方式获取permits个资源 */ public void acquireUninterruptibly(int permits) { if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException(); sync.acquireShared(permits); } /** * 尝试获取permits个资源 */ public boolean tryAcquire(int permits) { if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException(); return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0; } /** * 尝试超时获取permits个资源 */ public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException(); return sync.tryAcquireSharedNanos(permits, unit.toNanos(timeout)); } /** * 释放permits个资源 */ public void release(int permits) { if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException(); sync.releaseShared(permits); } /** * 获取当前可用资源数量 */ public int availablePermits() { return sync.getPermits(); } /** * 用掉所有的资源,并返回用掉的资源数量 */ public int drainPermits() { return sync.drainPermits(); } /** * 缩减reduction个资源 */ protected void reducePermits(int reduction) { if (reduction < 0) throw new IllegalArgumentException(); sync.reducePermits(reduction); } }
虽然 Semaphore
中的方法比较多,但是都比较简单,都是转调用 Sync
中的方法,通过解析 Sync
中的源码来帮助大家理解这些方法是如何实现的
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { // 获取所有可用的资源数量 final int getPermits() { return getState(); } // 非公平的方式尝试获取acquires个可用的资源 final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) { // 无限循环,尝试获取acquires个资源 // 如果资源数量不够,返回剩余资源数量 // 如果资源数量足够且获取成功,返回剩余的资源数量 for (;;) { int available = getState(); int remaining = available - acquires; if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining)) return remaining; } } // 尝试获取releases个资源 protected final boolean tryReleaseShared(int releases) { for (;;) { int current = getState(); int next = current + releases; // 当releases不允许为负数 if (next < current) // overflow throw new Error("Maximum permit count exceeded"); // CAS操作尝试修改state的值 if (compareAndSetState(current, next)) return true; } } // 缩减releases个资源 final void reducePermits(int reductions) { for (;;) { int current = getState(); int next = current - reductions; // 当releases不允许为负数,也就时不能通过该方法增加资源 if (next > current) // underflow throw new Error("Permit count underflow"); // CAS操作尝试修改state的值 if (compareAndSetState(current, next)) return; } } // 清空所有的资源数量 final int drainPermits() { for (;;) { int current = getState(); // CAS操作尝试将资源数量设置为0 if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0)) return current; } } }
FairSync
中的源码很简单,直接上代码
static final class FairSync extends Sync { FairSync(int permits) { super(permits); } protected int tryAcquireShared(int acquires) { /** * 具体思路如下: * 1、如果AQS的同步队列中有等待的线程,直接获取失败,会加入到AQS的同步队列中 * 2、如果AQS的同步队列为空,尝试修改state的值来获取acquires个资源 * 3、一直重复步骤1和2,直到有结果返回才退出无限循环 */ for (;;) { if (hasQueuedPredecessors()) return -1; int available = getState(); int remaining = available - acquires; if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining)) return remaining; } } }
NonfairSync
中的源码就更简单,解析如下:
static final class NonfairSync extends Sync { NonfairSync(int permits) { super(permits); } // 抢占式的获取acquires个资源 protected int tryAcquireShared(int acquires) { return nonfairTryAcquireShared(acquires); } }
permits
初始化为 1
时, Semaphore
变成了一个互斥的排他锁 permits
初始化为无穷大时, Semaphore
变成了无锁模式 state
的值为 0
的时候,无法获取资源,获取资源的线程会进入AQS的同步队列等待有资源释放时被唤醒 Semaphore
初始化成 非公平锁
时,可能会出现有的线程饿死的情况,一般对于控制资源的使用而言,建议初始化为 公平锁
reducePermits
动态的缩减资源的数量,但是不能增加资源的数量