JAVA 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