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Java多线程Semaphore

Semaphore为并发包中提供用于控制某资源同时可以被几个线程访问的类

实例代码:

// 允许2个线程同时访问
final Semaphore semaphore = new Semaphore(2);
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i; 
    executorService.execute(new Runnable() {
        public void run() {
            try {
                semaphore.acquire();
                // 这里可能是业务代码
                System.out.println("线程:" + Thread.currentThread().getName() + "获得许可:" + index);
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                semaphore.release();
                System.out.println("允许TASK个数:" + semaphore.availablePermits());  
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}
executorService.shutdown();

构造方法1:

public Semaphore(int permits) {
    sync = new NonfairSync(permits);
}

permits 初始许可数,也就是最大访问线程数

构造方法2:

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

permits 初始许可数,也就是最大访问线程数

fair 当设置为false时,线程获取许可的顺序是无序的,也就是说新线程可能会比等待的老线程会先获得许可;当设置为true时,信号量保证它们调用的顺序(即先进先出;FIFO)

主要方法:

void acquire():从信号量获取一个许可,如果无可用许可前 将一直阻塞等待,

void acquire(int permits):获取指定数目的许可,如果无可用许可前 也将会一直阻塞等待

boolean tryAcquire():从信号量尝试获取一个许可,如果无可用许可,直接返回false,不会阻塞

boolean tryAcquire(int permits):尝试获取指定数目的许可,如果无可用许可直接返回false,

boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit):在指定的时间内尝试从信号量中获取许可,如果在指定的时间内获取成功,返回true,否则返回false

void release():释放一个许可,别忘了在finally中使用,注意:多次调用该方法,会使信号量的许可数增加,达到动态扩展的效果,如:初始permits 为1,调用了两次release,最大许可会改变为2

int availablePermits():获取当前信号量可用的许可

JDK 非公平Semaphore实现:

1.使用一个参数的构造创建Semaphore对象时,会创建一个NonfairSync对象实例,并将state值设为传入的值(permits )

final static class NonfairSync extends Sync {  
    private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;  

    NonfairSync(int permits) {  
        super(permits);  
    }  

    protected int tryAcquireShared(int acquires) {  
        return nonfairTryAcquireShared(acquires);  
    }  
}
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;

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

AbstractQueuedSynchronizer 的setState方法

protected final void setState(int newState) {  
    state = newState;  
}

2.调用tryAcquire方法时,实际是调用NonfairSync的nonfairTryAcquireShared方法,nonfairTryAcquireShared在父类Sync中实现,Semaphore# tryAcquire方法:

public boolean tryAcquire() {
    return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;
}

Sync的nonfairTryAcquireShared方法

final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
    for (;;) {
        int available = getState();
        int remaining = available - acquires;
        if (remaining < 0 ||
            compareAndSetState(available, remaining))
            return remaining;
    }
}

nonfairTryAcquireShared方法通过获取当前的state,以此state减去需要获取信号量的个数,作为剩余个数,如果结果小于0,返回此剩余的个数;如果结果大于等于0,则基于CAS将state的值设置为剩余个数,当前步骤用到了for循环,所以只有在结果小于0或设置state值成功的情况下才会退出。

如果返回的剩余许可个数大于0,tryAcquire方法则返回true;其余返回false。

AbstractQueuedSynchronizer的compareAndSetState方法,

protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    // See below for intrinsics setup to support this
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}

3.release方法,释放一个许可

public void release() {  
    sync.releaseShared(1);  
}

AbstractQueuedSynchronizer的releaseShared方法,

public final boolean releaseShared(int arg) {  
    if (tryReleaseShared(arg)) {  
        doReleaseShared();  
        return true;  
    }  
    return false;  
}

release方法间接的调用了Sync的tryReleaseShared方法,该方法基于Cas 将state的值设置为state+1,一直循环确保CAS操作成功,成功后返回true。

protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {  
    for (;;) {  
        int p = getState();  
        if (compareAndSetState(p, p + releases))  
            return true;  
    }  
}

根据上面分析,可以看得出,Semaphore采用了CAS来实现,尽量避免锁的使用,提高了性能。

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