JAVA之Semaphore信号量

信号量-Semaphore

Semaphore共享锁的使用

信号量(Semaphore)，又被称为信号灯，在多线程环境下用于协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。信号量维护了一个许可集，我们在初始化Semaphore时需要为这个许可集传入一个数量值，该数量值代表同一时间能访问共享资源的线程数量。线程可以通过acquire()方法获取到一个许可，然后对共享资源进行操作，注意如果许可集已分配完了，那么线程将进入等待状态，直到其他线程释放许可才有机会再获取许可，线程释放一个许可通过release()方法完成。

当我们调用Semaphore的acquire()方法后，执行过程是这样的，当一个线程请求到来时，如果state值代表的许可数足够使用，那么请求线程将会获得同步状态即对共享资源的访问权，并更新state的值(一般是对state值减1)，但如果state值代表的许可数已为0，则请求线程将无法获取同步状态，线程将被加入到同步队列并阻塞，直到其他线程释放同步状态(一般是对state值加1)才可能获取对共享资源的访问权。调用Semaphore的acquire()方法后将会调用到AQS的acquireSharedInterruptibly()

从方法名就可以看出该方法是可以中断的，也就是说Semaphore的acquire()方法也是可中断的。在acquireSharedInterruptibly()方法内部先进行了线程中断的判断，如果没有中断，那么先尝试调用tryAcquireShared(arg)方法获取同步状态，如果获取成功，那么方法执行结束，如果获取失败调用doAcquireSharedInterruptibly(arg);方法加入同步队列等待。这里的tryAcquireShared(arg)是个模板方法，AQS内部没有提供具体实现，由子类实现，也就是有Semaphore内部自己实现，该方法在Semaphore内部非公平锁的实现如下

//Semaphore中非公平锁NonfairSync的tryAcquireShared()
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    //调用了父类Sync中的实现方法
    return nonfairTryAcquireShared(acquires);
}

//Syn类中
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {

    final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
         //使用死循环
         for (;;) {
             int available = getState();
             int remaining = available - acquires;
             //判断信号量是否已小于0或者CAS执行是否成功
             if (remaining < 0 ||
                 compareAndSetState(available, remaining))
                 return remaining;
         }
     }
}

小结

ok~，到此我们通过对Semaphore的内部实现原理分析后，对共享锁的实现有了基本的认识，即AQS中通过state值来控制对共享资源访问的线程数，每当线程请求同步状态成功，state值将会减1，如果超过限制数量的线程将被封装共享模式的Node结点加入同步队列等待，直到其他执行线程释放同步状态，才有机会获得执行权，而每个线程执行完成任务释放同步状态后，state值将会增加1，这就是共享锁的基本实现模型。至于公平锁与非公平锁的不同之处在于公平锁会在线程请求同步状态前，判断同步队列是否存在Node，如果存在就将请求线程封装成Node结点加入同步队列，从而保证每个线程获取同步状态都是先到先得的顺序执行的。非公平锁则是通过竞争的方式获取，不管同步队列是否存在Node结点，只有通过竞争获取就可以获取线程执行权。