一文学会Semaphore(信号量)

// 空出来椅子
semaphore.release(count);
}
} catch (Exception e){
}
}
};
t.setName("Thread --> " + i);
t.start();
}
}

程序将一直执行下去,不会漏单,也不会出现椅子占用数量大于20的情况。

AQS基础

Semaphore是一种共享锁,实现依赖于AQS。对于锁,包含两部分知识,一部分是如何加解锁,另一部分是把锁分配给谁。AQS解决了把锁分配给谁的问题,Semaphore就可以聚焦于如何加解锁上。

掌握AQS将使Semaphore如何运转变得非常简单,没掌握也不影响对于本文的理解。

AQS原理可以参考:一文了解AQS

这里,需要了解AQS是如何运转的:

AQS运行概要.png

  1. 当申请锁,即调用了与acquire()类似语义的方法时,AQS将询问子类是否上锁成功,成功则继续运行。否则,AQS将以Node为粒度,记录这个申请锁的请求,将其插入自身维护的CLH队里中并挂起这个线程
  2. 在CLH队列中,只有最靠近头节点的未取消申请锁的节点,才有资格申请锁
  3. 当线程被唤醒时,会尝试获取锁,如果获取不到继续挂起;获取得到则继续运行
  4. 当一个线程释放锁,即调用release()类似语义的方法时,AQS将询问子类是否解锁成功,有锁可以分配,如果有,AQS从CLH队列中主动唤起合适的线程,过程为2、3
  5. 如果需要等待条件满足再去申请锁,即调用了wait()类似语义的方法时,在AQS中表现为,以Node为粒度,维护一个单向等待条件队列,把Node所代表的线程挂起
  6. 当条件满足时,即调用了signal()类似语义的方法时,唤醒等待条件队列最前面的未取消等待的Node,执行1
  7. 子类可以维护AQS的state属性来记录加解锁状态,AQS也提供了CAS的方法compareAndSetState()抢占更新state

简要来说,AQS分配锁时,当前线程可能会被挂起,接着被唤醒继续尝试申请锁,重复此过程直到获取到锁或取消等待。从外部看,就如入口方法被阻塞并在未来被恢复了一样。

Sync

Seamphore以内部类Sync继承AQS,并完成AQS所需子类实现的方法语义,Seamphore使用Sync即可完成各项工作。Sync应答加解锁的方法分别为nonfairTryAcquireShared()与tryReleaseShared()。

final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
for (;😉 {
// 读取当前剩余资源
int available = getState();
// 获取 acquires数量 后剩余多少资源
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 //||
// CAS 更新状态,失败说明有竞争条件,重新进入循环
compareAndSetState(available, remaining))
// 告诉AQS结果,大于等于0说明加锁成功
return remaining;
}
}

acquires的数量表示当前的线程要获取的资源数量,针对于AQS,就可以理解为需要多少把锁。在①处,说明锁已经分配出去很多了,不够分配了,因此分配不成功。

protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
for (;😉 {
// 当前还剩下的锁
int current = getState();
// 解releases个锁后,剩余的锁数量
int next = current + releases;
if (next < current)
// 进到这里说明,某个获取到锁的线程释没有正确释放锁
throw new Error(“Maximum permit count exceeded”);
if (compareAndSetState(current, next))
// CAS 更新锁状态,失败就重新进入循环
// ②
// 告诉AQS释放锁成功,有更多的锁可以分配
return true;
}
}

②处,tryReleaseShared()总是释放成功是因为,除非使用方式不当,否则没有理由到时释放失败。而当出现这种情况时,应直接抛出异常,避免程序进一步地错误下去。

实例化时,需要指定锁的数量。

Sync(int permits) {
setState(permits);
}

不公平锁的实现

Semaphore默认为不公平锁,可以通过Semaphore的实例化参数,决定Semaphore是否公平。不公平锁的实现,以Sync的子类NonfairSync实现。

static final class NonfairSync extends Sync {
NonfairSync(int permits) {
super(permits);
}

protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return nonfairTryAcquireShared(acquires);
}
}

直接使用Sync的方法,不赘述。

公平锁的实现

公平锁以Sync的子类FairSync实现。

static final class FairSync extends Sync {
FairSync(int permits) {
super(permits);
}

protected int tryAcquireShared(int acquires) {
for (;😉 {
// 如果AQS的CLH队列中,有代表线程在等待的Node在排队,直接告诉AQS加锁失败
if (hasQueuedPredecessors())
return -1;
// 当前可获取的锁数
int available = getState();
// 获取acquires个锁后,还剩下多少
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 /与nonfairTryAcquireShared()的说明一样/||
compareAndSetState(available, remaining) /CAS更新锁数量,失败重新进入循环/)
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