Semaphore

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一、导读

我们继续总结学习Java基础知识，温故知新。
本文涉及知识点：
AQS - AbstractQueuedSynchronizer
CAS（Compare And Swap）
锁概念 volatile

二、概览

ˈseməfɔː®

Semaphore 是信号量的意思，作用是控制访问特定资源的线程数量。
在多线程环境下用于协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源
Semaphore叫做信号量，和 CountDownLatch CyclicBarrier 两个不同的是，他的计数器是递增的。

三、使用

控制访问特定资源的线程数量，通常用于那些资源有明确访问数量限制的场景，常用于限流
如：买火车票，游乐场设施。

Semaphore在构造的时候, 可以传入一个int. 表示有多少许可(permit). 线程获取锁的时候, 要告诉信号量使用多少许可, 当线程要使用的许可不足时, 则调用的线程则会被阻塞.

游乐园中的某个游乐设施的管理员，用来控制同时玩这个游乐设施的人数。比如跳楼机只能坐十个人，就设置 Semaphore 的 permits 等于 10

public class SemaphoreTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建permits等于2
        Semaphore semaphore=new Semaphore(2);
        //开五个线程去执行PlayGame
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(new PlayGame(semaphore)).start();
        }
    }

    static class PlayGame extends Thread{
        Semaphore semaphore;
        public PlayGame(Semaphore semaphore){
            this.semaphore=semaphore;
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获得一个许可证");
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"释放一个许可证");
                semaphore.release();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

四、原理

利用了 AQS - AbstractQueuedSynchronizer 的共享锁来实现，同时获取信号量有公平和非公平两种策略。

我们来看下源码

// 1、初始化，传人最大资源数
public Semaphore(int permits)

acquire()  
获取一个令牌，在获取到令牌、或者被其他线程调用中断之前线程一直处于阻塞状态。
调用Semaphore#acquire() 方法, 它本质上是调用的AQS#acquireSharedInterruptibly(int), 参数为1
// 调用 AQS#doAcquireSharedInterruptibly(1) 方法
​
acquire(int permits)  
获取一个令牌，在获取到令牌、或者被其他线程调用中断、或超时之前线程一直处于阻塞状态。
    
acquireUninterruptibly() 
获取一个令牌，在获取到令牌之前线程一直处于阻塞状态（忽略中断）。
    
tryAcquire()
尝试获得令牌，返回获取令牌成功或失败，不阻塞线程。
​
tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)
尝试获得令牌，在超时时间内循环尝试获取，直到尝试获取成功或超时返回，不阻塞线程。
​
release()
释放一个令牌，唤醒一个获取令牌不成功的阻塞线程。

drainPermits()
清空令牌把可用令牌数置为0，返回清空令牌的数量。
​
availablePermits()
返回可用的令牌数量。

Semaphore的内部类公平锁(FairSync)和非公平锁(NoFairSync)各自实现不同的获取锁方法，默认公平锁。

子类的任务有：
1.通过CAS操作维护共享变量state。
2.重写资源的获取方式。
3.重写资源释放的方式。

1.主线程调用acquire()方法时，用当前信号量值-需要获取的值，如果小于0，则进入同步阻塞队列，大于0则通过CAS设置当前信号量为剩余值，同时返回剩余值
2.子线程调用release()给当前信号量值计数器+1(增加的值数量由传参决定)，同时不停的尝试因为调用acquire()进入阻塞的线程

/**
     *  获取1个令牌
     */
    public void acquire() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

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