写在开头

在上几天写《基于AQS手写一个同步器》时,很多同学留言说里面提到的Semaphore,讲得太笼统了,今天趁着周末有空,咱们就一起详细的学习和梳理一把 Semaphore

什么是Semaphore?

在前面我们讲过的synchronized 和 ReentrantLock 都是一次只允许一个线程访问某个资源,而Semaphore(信号量)可以用来控制同时访问特定资源的线程数量,多线程同时操作共享资源,仍然存在着线程不安全问题,要想多线程安全,理应结合锁进一步保障。

Semaphore的主要结构

我们跟进信号量的源码中浏览一圈,发现其实它内部主要的方法就2个:

// 初始共享资源数量
final Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
// 获取1个许可
semaphore.acquire();
// 释放1个许可
semaphore.release();

① acquire():获取许可

跟进这个方法后,我们会发现其内部调用了AQS的一个final 方法acquireSharedInterruptibly(),这个方法中又调用了tryAcquireShared(arg)方法,作为AQS中的钩子方法,这个方法的实现在Semaphore的两个静态内部类 FairSync(公平模式)NonfairSync(非公平模式) 中。

【源码解析1】

/**
* 获取1个许可证
*/
public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
/**
* 共享模式下获取许可证,获取成功则返回,失败则加入阻塞队列,挂起线程
*/
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
// 尝试获取许可证,arg为获取许可证个数,当可用许可证数减当前获取的许可证数结果小于0,则创建一个节点加入阻塞队列,挂起当前线程。
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

继续跟入tryAcquireShared(arg)方法,虽然它在AQS中,但它作为钩子方法,最终的实现则回到了Semaphore的内部类中。

钩子方法: 一种抽象类中的方法,一般使用 protected 关键字修饰,可以给与默认实现,空方法居多,其内容逻辑由子类实现,为什么不适用抽象方法呢?因为,抽象方法需要子类全部实现,增加大量代码冗余!

【扩展】

  1. FairSync(公平模式): 调用 acquire() 方法的顺序就是获取许可证的顺序,遵循 FIFO;
  2. NonfairSync(非公平模式): 抢占式的,在构造方法中通过一个布尔值fair来配置公平与非公平,默认为非公平模式。

② release():释放许可

同样跟入这个方法,里面用了AQS的releaseShared(),而在这个方法内也毫无疑问的用了tryReleaseShared(int arg)这个钩子方法,原理同上,不再冗释,需要注意的是释放共享锁的同时也会唤醒同步队列中的一个线程。

【源码解析2】

// 释放一个许可证
public void release() {
sync.releaseShared(1);
} // 释放共享锁,同时会唤醒同步队列中的一个线程。
public final boolean releaseShared(int arg) {
//释放共享锁
if (tryReleaseShared(arg)) {
//唤醒同步队列中的一个线程
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}

Semaphore的使用

OK,讲到这里,把信号量中主要的方法解释完了,我们来写一个小demo感受一下它的使用:

【测试用例1】

public class Test {
private final Semaphore semaphore; /*构造一个令牌*/
public Test(int acq){
this.semaphore= new Semaphore(acq);
}
public void useSemaphore(){
try {
semaphore.acquire();
// 使用资源
System.out.println("资源开始使用了 " + Thread.currentThread().getName());
Thread.sleep(1000); // 模拟资源使用时间
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
semaphore.release();
System.out.println("资源释放了 " + Thread.currentThread().getName());
}
} public static void main(String[] args) {
Test test = new Test(3);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
new Thread(test::useSemaphore).start();
}
}
}

输出:

资源开始使用了 Thread-0
资源开始使用了 Thread-1
资源开始使用了 Thread-3
资源释放了 Thread-0
资源开始使用了 Thread-2
资源开始使用了 Thread-4
资源释放了 Thread-1
资源释放了 Thread-3
资源释放了 Thread-4
资源释放了 Thread-2

结尾彩蛋

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