簡(jiǎn)介：

在多線程程序設(shè)計(jì)中有三個(gè)同步工具需要我們掌握，分別是Semaphore(信號(hào)量)，countDownLatch（倒計(jì)數(shù)門(mén)閘鎖），CyclicBarrier(可重用柵欄)

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1. 信號(hào)量Semaphore的介紹

我們以一個(gè)停車(chē)場(chǎng)運(yùn)作為例來(lái)說(shuō)明信號(hào)量的作用。假設(shè)停車(chē)場(chǎng)只有三個(gè)車(chē)位，一開(kāi)始三個(gè)車(chē)位都是空的。這時(shí)如果同時(shí)來(lái)了三輛車(chē)，看門(mén)人允許其中它們進(jìn)入進(jìn)入，然后放下車(chē)攔。以后來(lái)的車(chē)必須在入口等待，直到停車(chē)場(chǎng)中有車(chē)輛離開(kāi)。這時(shí)，如果有一輛車(chē)離開(kāi)停車(chē)場(chǎng)，看門(mén)人得知后，打開(kāi)車(chē)攔，放入一輛，如果又離開(kāi)一輛，則又可以放入一輛，如此往復(fù)。

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在這個(gè)停車(chē)場(chǎng)系統(tǒng)中，車(chē)位是公共資源，每輛車(chē)好比一個(gè)線程，看門(mén)人起的就是信號(hào)量的作用。信號(hào)量是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，表示了當(dāng)前公共資源的可用數(shù)目（在上面的例子中可以用空閑的停車(chē)位類(lèi)比信號(hào)量），當(dāng)一個(gè)線程要使用公共資源時(shí)（在上面的例子中可以用車(chē)輛類(lèi)比線程），首先要查看信號(hào)量，如果信號(hào)量的值大于1，則將其減1，然后去占有公共資源。如果信號(hào)量的值為0，則線程會(huì)將自己阻塞，直到有其它線程釋放公共資源。

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在信號(hào)量上我們定義兩種操作： acquire（獲取） 和 release（釋放）。當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用acquire操作時(shí)，它要么通過(guò)成功獲取信號(hào)量（信號(hào)量減1），要么一直等下去，直到有線程釋放信號(hào)量，或超時(shí)。release（釋放）實(shí)際上會(huì)將信號(hào)量的值加1，然后喚醒等待的線程。

信號(hào)量主要用于兩個(gè)目的，一個(gè)是用于多個(gè)共享資源的互斥使用，另一個(gè)用于并發(fā)線程數(shù)的控制。

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2. 信號(hào)量Semaphore的源碼分析

在Java的并發(fā)包中，Semaphore類(lèi)表示信號(hào)量。Semaphore內(nèi)部主要通過(guò)AQS（AbstractQueuedSynchronizer）實(shí)現(xiàn)線程的管理。Semaphore有兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)，參數(shù)permits表示許可數(shù)，它最后傳遞給了AQS的state值。線程在運(yùn)行時(shí)首先獲取許可，如果成功，許可數(shù)就減1，線程運(yùn)行，當(dāng)線程運(yùn)行結(jié)束就釋放許可，許可數(shù)就加1。如果許可數(shù)為0，則獲取失敗，線程位于AQS的等待隊(duì)列中，它會(huì)被其它釋放許可的線程喚醒。在創(chuàng)建Semaphore對(duì)象的時(shí)候還可以指定它的公平性。一般常用非公平的信號(hào)量，非公平信號(hào)量是指在獲取許可時(shí)先嘗試獲取許可，而不必關(guān)心是否已有需要獲取許可的線程位于等待隊(duì)列中，如果獲取失敗，才會(huì)入列。而公平的信號(hào)量在獲取許可時(shí)首先要查看等待隊(duì)列中是否已有線程，如果有則入列。

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構(gòu)造函數(shù)源代碼

//非公平的構(gòu)造函數(shù) public Semaphore(int permits) {sync = new NonfairSync(permits); }//通過(guò)fair參數(shù)決定公平性 public Semaphore(int permits, boolean fair) {sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits); }

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acquire源代碼

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public void acquire() throws InterruptedException {sync.acquireSharedInterruptibly(1); }public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())throw new InterruptedException();if (tryAcquireShared(arg) < 0)doAcquireSharedInterruptibly(arg); }final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {for (;;) {int available = getState();int remaining = available - acquires;if (remaining < 0 ||compareAndSetState(available, remaining))return remaining;} }

可以看出，如果remaining <0 即獲取許可后，許可數(shù)小于0，則獲取失敗，在doAcquireSharedInterruptibly方法中線程會(huì)將自身阻塞，然后入列。

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release源代碼

public void release() {sync.releaseShared(1); }public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) {doReleaseShared();return true;}return false; }protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {for (;;) {int current = getState();int next = current + releases;if (next < current) // overflowthrow new Error("Maximum permit count exceeded");if (compareAndSetState(current, next))return true;} }

可以看出釋放許可就是將AQS中state的值加1。然后通過(guò)doReleaseShared喚醒等待隊(duì)列的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。可以看出Semaphore使用的是AQS的共享模式，等待隊(duì)列中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果第一個(gè)節(jié)點(diǎn)成功獲取許可，又會(huì)喚醒下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以此類(lèi)推。

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3. 使用示例

package javalearning;import java.util.Random; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.Semaphore;public class SemaphoreDemo {private Semaphore smp = new Semaphore(3); private Random rnd = new Random();class TaskDemo implements Runnable{private String id;TaskDemo(String id){this.id = id;}@Overridepublic void run(){try {smp.acquire();System.out.println("Thread " + id + " is working");Thread.sleep(rnd.nextInt(1000));smp.release();System.out.println("Thread " + id + " is over");} catch (InterruptedException e) {}}}public static void main(String[] args){SemaphoreDemo semaphoreDemo = new SemaphoreDemo();//注意我創(chuàng)建的線程池類(lèi)型，ExecutorService se = Executors.newCachedThreadPool();se.submit(semaphoreDemo.new TaskDemo("a"));se.submit(semaphoreDemo.new TaskDemo("b"));se.submit(semaphoreDemo.new TaskDemo("c"));se.submit(semaphoreDemo.new TaskDemo("d"));se.submit(semaphoreDemo.new TaskDemo("e"));se.submit(semaphoreDemo.new TaskDemo("f"));se.shutdown();} }

運(yùn)行結(jié)果

Thread c is working

Thread b is working

Thread a is working

Thread c is over

Thread d is working

Thread b is over

Thread e is working

Thread a is over

Thread f is working

Thread d is over

Thread e is over

Thread f is over

可以看出，最多同時(shí)有三個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行，也可以認(rèn)為有三個(gè)公共資源（比如計(jì)算機(jī)的三個(gè)串口）。

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4. 參考內(nèi)容

[1] http://my.oschina.net/cloudcoder/blog/362974

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发包中Semaphore的工作原理、源码分析及使用示例的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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