併發程式設計之 Semaphore 原始碼分析

併發 juc 包提供了很多任務具類，比如之前說的 countdownlatch，cyclicbarrier ，今天說說這個 semaphore——訊號量，關於他的使用請檢視往期文章併發程式設計之執行緒協作工具類，今天的任務就是從原始碼層面分析一下他的原理。

如果先不看原始碼，根據以往我們看過的 countdownlatch cyclicbarrier 的原始碼經驗來看，semaphore 會怎麼設計呢？

首先，他要實現多個執行緒執行緒同時訪問乙個資源，類似於共享鎖，並且，要控制進入資源的執行緒的數量。

如果根據 jdk 現有的資源，我們是否可以使用 aqs 的 state 變數來控制呢？類似 countdownlatch 一樣，有幾個執行緒我們就為這個 state 變數設定為幾，當 state 達到了閾值，其他執行緒就不能獲取鎖了，就需要等待。當 semaphore 呼叫 release 方法的時候，就釋放鎖，將 state 減一，並喚醒 aqs 上的執行緒。

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。乙個公平鎖，乙個非公平鎖，這點和 reentrantlock 一摸一樣。

看看他的構造器：

public
semaphore
(int permits)
public
semaphore
(int permits, boolean fair)
複製**

兩個構造器，兩個引數，乙個是許可執行緒數量，乙個是是否公平鎖，預設非公平。

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();
複製**

acquire 和 release 方法，我們今天重點看這兩個方法的原始碼，一窺 semaphore 的全貌。

**如下：

public void acquire ()throws interruptedexception // 這是抽象類 aqs 的方法 public final void acquiresharedinterruptibly (int arg) throws interruptedexception

複製**

// 這是抽象父類 sync 的方法，預設是非公平的 protected inttryacquireshared (int acquires)

複製**

// 非公平鎖的釋放鎖的方法
final
intnonfairtryacquireshared
(int acquires)
}複製**

這裡的釋放就是對 state 變數減一（或者更多）的。

返回了剩餘的 state 大小。

當返回值小於 0 的時候，說明獲取鎖失敗了，那麼就需要進入 aqs 的等待佇列了。**入下：

private
void
doacquiresharedinterruptibly
(int arg)
throws interruptedexception 
}// 如果他的上乙個節點不是 head，就不能獲取鎖
// 對節點進行檢查和更新狀態，如果執行緒應該阻塞，返回 true。
if (shouldparkafte***iledacquire(p, node) &&
// 阻塞 park，並返回是否中斷，中斷則丟擲異常
parkandcheckinterrupt())
throw
new interruptedexception();
}} finally 
}複製**

總的邏輯就是：

建立乙個分享型別的 node 節點包裝當前執行緒追加到 aqs 佇列的尾部。

如果這個節點的上乙個節點是 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定成 head。

如果沒搶到鎖，就阻塞等待。

該方法用於釋放鎖，**如下：

public
void
release
()public
final
boolean
releaseshared
(int arg)
return
false;
}// sync extends abstractqueuedsynchronizer 
protected
final
boolean
tryreleaseshared
(int releases)
}複製**

這裡釋放鎖的邏輯寫在了抽象類 sync 中。邏輯簡單，就是對 state 變數做加法。

在加法成功後，執行doreleaseshared方法，這個方法是 aqs 的。

private
void
doreleaseshared
()            // 成功設定成 0 之後，將 head 狀態設定成傳播狀態
else
if (ws == 0 &&
!compareandsetwaitstatus(h, 0, node.propagate))
continue;                // loop on failed cas
}if (h == head)                   // loop if head changed
break;
}}複製**

該方法的主要作用就是從 aqs 的 head 節點開始喚醒執行緒，注意，這裡喚醒是 head 節點的下乙個節點，需要和doacquiresharedinterruptibly方法對應，因為doacquiresharedinterruptibly方法喚醒的當前節點的上乙個節點，也就是 head 節點。

至此，釋放 state 變數，喚醒 aqs 頭節點結束。

總結一下 semaphore 的原理吧。

總的來說，semaphore 就是乙個共享鎖，通過設定 state 變數來實現對這個變數的共享。當呼叫 acquire 方法的時候，state 變數就減去一，當呼叫 release 方法的時候，state 變數就加一。當 state 變數為 0 的時候，別的執行緒就不能進入**塊了，就會在 aqs 中阻塞等待。

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