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
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