juc - Semaphore源码解读

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Semaphore，翻译叫做信号灯，是用来做资源访问限制的，他维持了一个准许指令的集合，如果当前没有可以指令的话，调用一次acquire就会将当前的线程阻塞，没调用一次release就会将当前线程持有的指令还回指令集合。他的内部实现跟CountDownLatch类似，也是直接使用的aqs，在创建的时候就会设定一个state标记，用来表示可以同时被使用准许指令的最大值，在某个线程调用acquire的时候先判断这个值大于0，如果是的话表示当前可以获得一个准许，否则说明当前的指令已经全部用完，当前的线程被挂起，进入aqs的队列中。当某个已经获得指令的线程调用release的时候要把获取的指令返还，也就是将state标记增大。大体了解了意思之后，还是看看他的源码吧：

1、构造方法：

public Semaphore(int permits, boolean fair) {//第一个参数表示可以同时被获取的指令的个数，第二个参数表示在获取指令的时候是否是公平的，这个和ReentrantLock的公平的参数是一样的，如果是公平的，则任何获取操作都会先判断当前的aqs的队列中是否有等待的线程，如果有则排在最后面，如果是不公平的，则直接获取
        sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);//无论是fair还是不fair的都是aqs的子类，permits最终会被设置为state标记的大小。这里我以非公平的aqs为例。
    }

 2、获取锁的方法，这个是会抛异常的，即如果线程被挂起，其他线程调用了这个线程的interrupt方法，就会抛InterruptedException异常。

 public void acquire() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);//调用aqs的获取方法，这个方法都是直接调用的aqs的方法，先判断是否可以获取，即tryAcquireShared方法，如果返回正数表示可以获取锁，否则排队等待。我们看一下非公平的aqs的代码
    }

 

 final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {//要获取的指令的数量
            for (;;) {
                int available = getState();//当前的标记
                int remaining = available - acquires;//最终返回的就是这个值，如果要获取的值小于state，则表示获得指令，否则没有获得指令。
                if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining))//如果小于0的话则直接返回，表示获取失败，第二个compareXXX是cas更新state的值。
                    return remaining;
            }
        }

 经过前面的博客的介绍，尤其是ReentrantLock和CountDownLatch，如果返回的是小于0的，就会加入到队列中，这里就不再重复贴代码了。返回的正负值的判断是根据当前的state的值和acquire的大小判断的。

 

3、获取所得方法，这个不会抛异常，

public void acquireUninterruptibly() {
    sync.acquireShared(1);//不抛异常的阻塞
}

 4、一次获取多个指令的方法：

public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
    if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
    sync.acquireSharedInterruptibly(permits);//他的思路和上面还是一样的，只不过将state减小的值更大一些，不再是1.
}

 acquire的方法基本原理都是一样的，在获取不到的时候就会排队，这个类没有限定时间的排队等待。

 

5、尝试性的获取指令，有好多个，都是tryAcquire开头的，有带有超时时间的，有的带有要获取的指令的个数，他的思路和ReentrantLock中的aqs是一样的，这里只写一个

public boolean tryAcquire() {
    return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;//判断当前的state标记的值是否大于1，如果是则获得指令并返回true，否则不获取指令也不排队，直接返回false。nonfairTryAcquireShared方法在上面介绍过了，
}

6、释放锁的方法；release方法，有的是释放一个，有的是多个指令。最终调用的是aqs的如下方法：

protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
            for (;;) {
                int current = getState();//当前的state
                int next = current + releases;//
                if (next < current) // overflow
                    throw new Error("Maximum permit count exceeded");
                if (compareAndSetState(current, next))//cas设置state，这个方法只会返回true，不会返回false。
                    return true;
            }
        }
从这个方法来看，是可以release的指令的数量多余获取的指令的数量，在方法里面并没有判断的地方。

 在成功的返回true只会，这个方法还会调用doReleaseShared方法，很容易就能明白，他是为了唤醒因为获取不到指令而park的线程，这个队列是shared，即一下唤醒所有的阻塞的线程，但是由于state的大小的限制，很多的线程由于没有获取指令又一次被park了，这一点和CountDownLatch的思路一样。

7、获得当前剩余的指令的数量：

 public int availablePermits() {
        return sync.getPermits();//里面就是调用的获取state的方法，查看state的值。
    }

 

8、将当前的指令全部取消：

public int drainPermits() {
    return sync.drainPermits();//drain有使...干涸的意思，即将当前剩余的所有的指令全部取消。
 }

 sync的drainPermits方法：

final int drainPermits() {
   for (;;) {
       int current = getState();//当前的state
       if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))//如果当前的state是0，直接返回，如果不是0，则通过cas设置为0，这样就没有可以获取的指令的了
           return current;
   }
}

 通过这个方法以及上面的release方法，可以发现Semaphore并没有严格的限制获取的指令必须归还，比如release中就可以归还大量的指令，也可以通过上面的drainPermtis将所有的指令全部取消，也就是这个指令的数量是可以动态改变的。

 

就这么简单，又学了一个juc的常用类。