前言

并發 JUC 包提供了很多工具類，比如之前說的 CountDownLatch，CyclicBarrier ，今天說說這個 Semaphore——信號量，關于他的使用請查看往期文章并發編程之 線程協作工具類，今天的任務就是從源碼層面分析一下他的原理。

源碼分析

如果先不看源碼，根據以往我們看過的 CountDownLatch CyclicBarrier 的源碼經驗來看，Semaphore 會怎么設計呢？

首先，他要實現多個線程線程同時訪問一個資源，類似于共享鎖，并且，要控制進入資源的線程的數量。

如果根據 JDK 現有的資源，我們是否可以使用 AQS 的 state 變量來控制呢？類似 CountDownLatch 一樣，有幾個線程我們就為這個 state 變量設置為幾，當 state 達到了閾值，其他線程就不能獲取鎖了，就需要等待。當 Semaphore 調用 release 方法的時候，就釋放鎖，將 state 減一，并喚醒 AQS 上的線程。

以上，就是我們的猜想，那我們看看 JDK 是不是和我們想的一樣。

首先看看 Semaphore 的 UML 結構：

內部有 3 個類，繼承了 AQS。一個公平鎖，一個非公平鎖，這點和 ReentrantLock 一摸一樣。

看看他的構造器：

public Semaphore(int permits) {sync = new NonfairSync(permits); } public Semaphore(int permits, boolean fair) {sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits); }

兩個構造器，兩個參數，一個是許可線程數量，一個是是否公平鎖，默認非公平。

而 Semaphore 有 2 個重要的方法，也是我們經常使用的 2 個方法：

semaphore.acquire(); // doSomeing..... semaphore.release();

acquire 和 release 方法，我們今天重點看這兩個方法的源碼，一窺 Semaphore 的全貌。

acquire 方法源碼分析

代碼如下：

public void acquire() throws InterruptedException {// 嘗試獲取一個鎖sync.acquireSharedInterruptibly(1); }// 這是抽象類 AQS 的方法 public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();// 如果小于0，就獲取鎖失敗了。加入到AQS 等待隊列中。// 如果大于0，就直接執行下面的邏輯了。不用進行阻塞等待。if (tryAcquireShared(arg) < 0)doAcquireSharedInterruptibly(arg); } // 這是抽象父類 Sync 的方法，默認是非公平的 protected int tryAcquireShared(int acquires) {return nonfairTryAcquireShared(acquires); } // 非公平鎖的釋放鎖的方法 final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {// 死循環for (;;) {// 獲取鎖的狀態int available = getState();int remaining = available - acquires;// state 變量是否還足夠當前獲取的// 如果小于 0，獲取鎖就失敗了。// 如果大于 0，就循環嘗試使用 CAS 將 state 變量更新成減去輸入參數之后的。if (remaining < 0 ||compareAndSetState(available, remaining))return remaining;} }

這里的釋放就是對 state 變量減一（或者更多）的。

返回了剩余的 state 大小。

當返回值小于 0 的時候，說明獲取鎖失敗了，那么就需要進入 AQS 的等待隊列了。代碼入下：

private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {// 添加一個節點 AQS 隊列尾部final Node node = addWaiter(Node.SHARED);boolean failed = true;try {// 死循環for (;;) {// 找到新節點的上一個節點final Node p = node.predecessor();// 如果這個節點是 head，就嘗試獲取鎖if (p == head) {// 繼續嘗試獲取鎖，這個方法是子類實現的int r = tryAcquireShared(arg);// 如果大于0，說明拿到鎖了。if (r >= 0) {// 將 node 設置為 head 節點// 如果大于0，就說明還有機會獲取鎖，那就喚醒后面的線程，稱之為傳播setHeadAndPropagate(node, r);p.next = null; // help GCfailed = false;return;}}// 如果他的上一個節點不是 head，就不能獲取鎖// 對節點進行檢查和更新狀態，如果線程應該阻塞，返回 true。if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&// 阻塞 park，并返回是否中斷，中斷則拋出異常parkAndCheckInterrupt())throw new InterruptedException();}} finally {if (failed)// 取消節點cancelAcquire(node);} }

總的邏輯就是：

創建一個分享類型的 node 節點包裝當前線程追加到 AQS 隊列的尾部。

如果這個節點的上一個節點是 head ，就是嘗試獲取鎖，獲取鎖的方法就是子類重寫的方法。如果獲取成功了，就將剛剛的那個節點設置成 head。

如果沒搶到鎖，就阻塞等待。

release 方法源碼分析

該方法用于釋放鎖，代碼如下：

public void release() {sync.releaseShared(1); }public final boolean releaseShared(int arg) {// 死循環釋放成功if (tryReleaseShared(arg)) {// 喚醒 AQS 等待對列中的節點，從 head 開始 doReleaseShared();return true;}return false; } // Sync extends AbstractQueuedSynchronizer protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {for (;;) {int current = getState();// 對 state 變量 + 1int next = current + releases;if (next < current) // overflowthrow new Error("Maximum permit count exceeded");if (compareAndSetState(current, next))return true;} }

這里釋放鎖的邏輯寫在了抽象類 Sync 中。邏輯簡單，就是對 state 變量做加法。

在加法成功后，執行 doReleaseShared方法，這個方法是 AQS 的。

private void doReleaseShared() {for (;;) {Node h = head;if (h != null && h != tail) {int ws = h.waitStatus;if (ws == Node.SIGNAL) {// 設置 head 的等待狀態為 0 ，并喚醒 head 上的線程if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))continue; // loop to recheck casesunparkSuccessor(h);}// 成功設置成 0 之后，將 head 狀態設置成傳播狀態else if (ws == 0 &&!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))continue; // loop on failed CAS}if (h == head) // loop if head changedbreak;} }

該方法的主要作用就是從 AQS 的 head 節點開始喚醒線程，注意，這里喚醒是 head 節點的下一個節點，需要和 doAcquireSharedInterruptibly方法對應，因為 doAcquireSharedInterruptibly 方法喚醒的當前節點的上一個節點，也就是 head 節點。

至此，釋放 state 變量，喚醒 AQS 頭節點結束。

總結

總結一下 Semaphore 的原理吧。

總的來說，Semaphore 就是一個共享鎖，通過設置 state 變量來實現對這個變量的共享。當調用 acquire 方法的時候，state 變量就減去一，當調用 release 方法的時候，state 變量就加一。當 state 變量為 0 的時候，別的線程就不能進入代碼塊了，就會在 AQS 中阻塞等待。

轉載于:https://www.cnblogs.com/stateis0/p/9062042.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的并发编程之 Semaphore 源码分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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