「java.util.concurrent并发包4」之 Semaphore

一 概述

Semaphore也叫信号量，在JDK1.5被引入，可以用来控制同时访问特定资源的线程数量，通过协调各个线程，以保证合理的使用资源。

Semaphore内部维护了一组虚拟的许可，许可的数量可以通过构造函数的参数指定。

• 访问特定资源前，必须使用acquire方法获得许可，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。

Semaphore和ReentrantLock类似，获取许可有公平策略和非公平许可策略，默认情况下使用非公平策略。

 

 

二 应用场景

Semaphore可以用来做流量分流，特别是对公共资源有限的场景，比如数据库连接。
假设有这个的需求，读取几万个文件的数据到数据库中，由于文件读取是IO密集型任务，可以启动几十个线程并发读取，但是数据库连接数只有10个，这时就必须控制最多只有10个线程能够拿到数据库连接进行操作。这个时候，就可以使用Semaphore做流量控制。

public class SemaphoreTest {
    private static final int COUNT = 40;
    private static Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(COUNT);
    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(10);
    public static void main(String[] args) {
        for (int i=0; i< COUNT; i++) {
            executor.execute(new ThreadTest.Task());
        }
    }

    static class Task implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            try {
                //读取文件操作
                semaphore.acquire();
                // 存数据过程
                semaphore.release();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
            }
        }
    }
}

 

 

三 实现原理

Semaphore实现主要基于java同步器AQS，内部使用state表示许可数量。

 

无参和有参带有permits许可数的方法底层均调用acquireSharedInterruptibly

 

 

非公平锁实现

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，表示目前没有剩余的许可。
• 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。

 

也许有人会有疑问，非公平性体现在哪里？
当一个线程A执行acquire方法时，会直接尝试获取许可，而不管同一时刻阻塞队列中是否有线程也在等待许可，如果恰好有线程C执行release释放许可，并唤醒阻塞队列中第一个等待的线程B，这个时候，线程A和线程B是共同竞争可用许可，不公平性就是这么体现出来的，线程A一点时间都没等待就和线程B同等对待。

 

 

公平锁实现

可以看到和非公平策略相比，就多了一个对阻塞队列的检查。

• 如果阻塞队列没有等待的线程，则参与许可的竞争。
• 否则直接插入到阻塞队列尾节点并挂起，等待被唤醒。

 

 

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。