Semaphore 详解
Semaphore(信号量)：是一种计数器，用来保护一个或者多个共享资源的访问。如果线程要访问一个资源就必须先获得信号量。如果信号量内部计数器大于0，信号量减1，然后允许共享这个资源；否则，如果信号量的计数器等于0，信号量将会把线程置入休眠直至计数器大于0.当信号量使用完时，必须释放。
实例代码：
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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()； 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：
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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：
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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，创建的信号量为非公平模式；当设置为true时，信号量是公平模式
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 ），
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public Semaphore(int permits) { sync = new NonfairSync(permits);} |
NonfairSync间接的继承了AbstractQueuedSynchronizer实现
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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); } } |
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abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer { private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L; Sync(int permits) { setState(permits); } |
AbstractQueuedSynchronizer 的setState方法
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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：
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public boolean tryAcquire() { return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;} |
Sync的nonfairTryAcquireShared方法
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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，
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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
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public void release() { sync.releaseShared(1);} |
AbstractQueuedSynchronizer的releaseShared方法，
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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。
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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
