Jdk1.6 JUC源码解析(10)-Semaphore

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！

 

 

       参见：Jdk1.6 JUC源码解析(6)-locks-AbstractQueuedSynchronizer