Semaphore

Semaphore为并发包中提供用于控制某资源同时可以被几个线程访问的类

实例代码：

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// 允许2个线程同时访问  

        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();  

                        // 这里可能是业务代码  

                        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，线程获取许可的顺序是无序的，也就是说新线程可能会比等待的老线程会先获得许可;当设置为true时，信号量保证它们调用的顺序（即先进先出；FIFO）

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。