深入学习semaphore

控制同时访问资源线程数

访问特定资源前,先使用acquire(1)获得许可,如果许可数量为0,该线程则一直阻塞,直到有可用许可。

访问资源后,使用release()释放许可。

demo:

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreDemo {
public static void main(String[] args) {
int N = 8; //工人数
Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目
for(int i=0;i<N;i++)
new Worker(i,semaphore).start();
} static class Worker extends Thread{
private int num;
private Semaphore semaphore;
public Worker(int num,Semaphore semaphore){
this.num = num;
this.semaphore = semaphore;
} @Override
public void run() {
try {
semaphore.acquire();
System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产...");
Thread.sleep(2000);
System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

结果:

工人0占用一个机器在生产...
工人2占用一个机器在生产...
工人1占用一个机器在生产...
工人3占用一个机器在生产...
工人5占用一个机器在生产...
工人2释放出机器
工人5释放出机器
工人1释放出机器
工人4占用一个机器在生产...
工人0释放出机器
工人6占用一个机器在生产...
工人7占用一个机器在生产...
工人3释放出机器
工人4释放出机器
工人7释放出机器
工人6释放出机器

构造方法:

public Semaphore(int permits) {          //参数permits表示许可数目,即同时可以允许多少线程进行访问
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) { //这个多了一个参数fair表示是否是公平的,即等待时间越久的越先获取许可
sync = (fair)? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}

获取释放许可:

public void acquire() throws InterruptedException {  }     //获取一个许可
public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //获取permits个许可
public void release() { } //释放一个许可
public void release(int permits) { } //释放permits个许可

如果想立即得到执行结果,可以使用下面几个方法:

public boolean tryAcquire() { };    //尝试获取一个许可,若获取成功,则立即返回true,若获取失败,则立即返回false
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取一个许可,若在指定的时间内获取成功,则立即返回true,否则则立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits) { }; //尝试获取permits个许可,若获取成功,则立即返回true,若获取失败,则立即返回false
public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; //尝试获取permits个许可,若在指定的时间内获取成功,则立即返回true,否则则立即返回false

源码分析:

获取许可:

public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}

代码继续往下走:

public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}

调用doAcquireSharedInterruptibly()方法:

  /**
* Acquires in shared interruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}

非公平策略

acquire实现,核心代码如下:

final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
int available = getState();//当前还有多少个资源可用
int remaining = available - acquires; //可用资源减去线程索取,如果少于0说明资源不够 进入下一轮循环,直到资源够
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))/CAS原子性操作
return remaining;
}
}

acquires值默认为1,表示尝试获取1个许可,remaining代表剩余的许可数。

如果remaining>0并且成功使用设置available,则获取成功.返回remaining

如果remaining < 0,表示目前没有剩余的许可.结束方法。当前线程进入AQS中的doAcquireSharedInterruptibly方法等待可用许可并挂起,直到被唤醒。

2.release实现,核心代码如下:

protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
for (;;) {
int current = getState();
int next = current + releases;
if (next < current) // overflow
throw new Error("Maximum permit count exceeded");
if (compareAndSetState(current, next))
return true;
}
}

releases值默认为1,表示尝试释放1个许可,next 代表如果许可释放成功,可用许可的数量。

通过unsafe.compareAndSwapInt修改state的值,确保同一时刻只有一个线程可以释放成功。

许可释放成功,当前线程进入到AQS的doReleaseShared方法,唤醒队列中等待许可的线程。

公平策略

acquire实现,核心代码如下:

protected int tryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
if (hasQueuedPredecessors())
return -1;
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}

在获取前先检查当前节点是否有前继节点(公平性)

  1. release实现,和非公平策略一样。

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