Semaphore源码阅读

目录

• 简介
• 代码分析
  • 成员变量
  • 方法
    • Sync
    • NonFairSync
    • FairSync

本人的源码阅读主要聚焦于类的使用场景，一般只在java层面进行分析，没有深入到一些native方法的实现。并且由于知识储备不完整，很可能出现疏漏甚至是谬误，欢迎指出共同学习

本文基于corretto-17.0.9源码，参考本文时请打开相应的源码对照，否则你会不知道我在说什么

简介

semaphore翻译过来即信号量，对semaphore最直观的解释就是，信号量是一个令牌桶，如果桶里的令牌数>=线程想要获取的令牌数，那么线程就能获取到令牌，然后继续执行，否则就要阻塞等待其他线程将令牌放入桶里，直到桶里令牌数足够，非常简单。

不像JUC里的Lock，线程只能释放自己获得的锁，即Lock有owner的概念，不能随便释放其他人的锁。而semaphore中令牌没有owner的概念，任何线程都能随意往桶里放令牌。

代码分析

成员变量

public class Semaphore implements java.io.Serializable {
  private final Sync sync;
}

成员变量非常简单只有一个，看到Sync就该知道这个是AQS了。信号量还支持fairness，因此Sync作为抽象基类，实现了NonFairSync和FairSync。

方法

Sync

Sync继承自AQS，state定义为桶中令牌数量。由于可能同时有多个线程获得令牌，自然需要重写AQS的两个方法：

• tryAcquireShared
• tryReleaseShared

在tryAcquire这里需要区分公平与否，在之前的文章说过，公平的tryAcquire通过检查是否有前驱等待者，即下面两个条件满足一个都属于有前驱等待者，那么就直接tryAcquire失败：

• 当前线程没进入阻塞队列，且队列不为空
• 当前线程已经在阻塞队列中，但前面有更靠近队头（等待时间更长）的线程

否则如果是非公平的，就直接尝试更改state即可。

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
  // 初始化state为令牌数量
  Sync(int permits) {
    setState(permits);
  }

  final int getPermits() {
    return getState();
  }

  // nonfair版本的tryAcquireShared，如果目前令牌足够，直接更改令牌数（state）即可
  final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
    for (;;) {
      int available = getState();
      int remaining = available - acquires;
      if (remaining < 0 ||
        compareAndSetState(available, remaining))
        return remaining;
    }
  }

  // 往桶里放令牌，直接更改state
  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;
    }
  }
  
  // 忽略其他非核心方法
}

NonFairSync

static final class NonfairSync extends Sync {
  NonfairSync(int permits) {
    super(permits);
  }

  // 非公平tryAcquire
  protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    return nonfairTryAcquireShared(acquires);
  }
}

FairSync

static final class FairSync extends Sync {
  private static final long serialVersionUID = 2014338818796000944L;

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

  // 公平tryAcquire
  protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    for (;;) {
      // 检查是否有阻塞更久的线程
      if (hasQueuedPredecessors())
        return -1;
      int available = getState();
      int remaining = available - acquires;
      if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining))
        return remaining;
    }
  }
}