Semaphore
Semaphore管理一系列许可证；通过acquire方法获取许可证，如果获取到许可证，那么直接返回，否则进入阻塞状态；通过release释放许可证，释放的时候如果有线程因为调用acquire处于阻塞状态，将会唤醒一个线程。一般用于管理一个公共的资源，并且同一时间只允许指定数量的线程访问的场景。
java.util.concurrent中的并发类基本上都是用的是AQS（AbstractQueuedSynchronizer）来实现的，因为之前已经详细分析过，所以这里不再分析，有兴趣可以参考博客：ReentrantLock详解，所以本文中acquire、release的代码并没有详细分析。
1 构造函数
以下是Semaphore构造函数：
public Semaphore(int permits) {
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}
这两个构造函数的差别是：是否指定锁的公平性。公平锁是指按照申请锁的顺序获取锁，非公平锁是指当所资源被释放时，正在申请此资源的多个线程争抢锁，谁抢到归谁。
2 acquire
请求一个许可证，如果当前Semaphore中存在足够的许可证，那么此方法会立即返回，如果当前Semaphore中没有足够的许可证，那么调用此方法的线程将进入阻塞状态直到其他线程通过release释放了许可证。
以下是公平锁的acquire代码：
public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
if (hasQueuedPredecessors())
return -1;
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
}
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
boolean failed = true;
try {
for (;;) {
final Node p = node.predecessor();
if (p == head) {
int r = tryAcquireShared(arg);
if (r >= 0) {
setHeadAndPropagate(node, r);
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
parkAndCheckInterrupt())
throw new InterruptedException();
}
} finally {
if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}
3 release
release方法的作用是增加一个许可证，这个操作会唤醒一个通过acquire方法阻塞的线程。
public void release() {
sync.releaseShared(1);
}
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
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;
}
}
private void doReleaseShared() {
for (;;) {
Node h = head;
if (h != null && h != tail) {
int ws = h.waitStatus;
if (ws == Node.SIGNAL) {
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
unparkSuccessor(h);
}
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}
4 示例
以下示例创建了3个线程，他们都尝试获取semaphore对象的许可证，因为只有一个许可证，所以同一时间只有一个线程能执行doTask方法；当一个线程执行完以后会唤醒一个等待的线程继续执行。
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
String name = "p-"+i;
Thread thread = new Thread(() -> {
try {
System.out.println("时间="+DateUtil.getCurrentTime()+"用户"+name+"开始获取资源");
semaphore.acquire();
doTask(name);
semaphore.release();
System.out.println("时间="+DateUtil.getCurrentTime()+"用户"+name+"资源释放完成");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
thread.start();
}
}
private static void doTask(String name){
System.out.println("时间="+DateUtil.getCurrentTime()+"用户"+name+"开始使用资源，执行任务");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
以下是输出结果，从输出结果中可以看到和示例开始的分析一致。
时间=10:40:07:703用户p-2 开始获取资源
时间=10:40:07:741用户p-2 开始使用资源，执行任务
时间=10:40:07:703用户p-1 开始获取资源
时间=10:40:07:703用户p-0 开始获取资源
时间=10:40:10:745用户p-1 开始使用资源，执行任务
时间=10:40:10:745用户p-2 资源释放完成
时间=10:40:13:748用户p-1 资源释放完成
时间=10:40:13:748用户p-0 开始使用资源，执行任务
时间=10:40:16:751用户p-0 资源释放完成