Java的信號量semaphore講解
一、簡介
1、Semaphore底層是基于AbstractQueuedSynchronizer來實現(xiàn)的。Semaphore稱為計數(shù)信號量,它允許n個任務(wù)同時訪問某個資源,可以將信號量看做是在向外分發(fā)使用資源的許可證,只有成功獲取許可證,才能使用資源。
2、它也是通過內(nèi)部類Sync繼承了AQS,它的方法幾乎都是用的AQS的,少部分重寫了AQS的方法,同時,它的信號量機制是通過AQS的state屬性來操作的,變更state屬性使用到了CAS操作保證變量的數(shù)據(jù)一致性。
3、它的方法幾乎是通過Sync類,也就是AQS實現(xiàn)的。
4、該類如果單獨使用,不涉及到條件隊列condition,使用到條件隊列需要調(diào)用await方法、notify方法,notifyAll方法等一系列線程通信的方法,但是,semaphore類中不涉及到這些方法。
5、注意其中一個方法:release,這個方法是釋放信號量到semaphore中,默認(rèn)是釋放一個。源碼中作者這么說的:不要求一個線程在調(diào)用release方法釋放許可前必須通過acquire方法獲取到許可。正確的使用semaphore建立在應(yīng)用程序里面,對許可證的使用,由程序員掌握!semaphore只是提供了一個信號量的機制供其使用。
6、核心方法都在Sync類中,外部方法都是調(diào)用的AQS和Sync中重寫的AQS的方法
7、注意其中一個方法:acquire,這個方法是獲取信號量從semaphore中,默認(rèn)是獲取一個。源碼中作者這么說的:如果沒有可用的許可證,則當(dāng)前線程變?yōu)槌鲇诰€程調(diào)度目的而禁用,并處于休眠狀態(tài),直到發(fā)生兩件事之一:
a、一些其他的線程調(diào)用了release方法釋放了許可,同時semaphore中的許可滿足當(dāng)前線程,且當(dāng)前線程是下一個被分配許可證的線程
b、一些其他的線程打斷了當(dāng)前線程且當(dāng)前線程是通過acquire方式獲取許可的
二、源碼分析
三個內(nèi)部類
Sync
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;
//構(gòu)造方法設(shè)置許可數(shù)
Sync(int permits) {
setState(permits);
}
//獲取許可
final int getPermits() {
return getState();
}
//共享模式下非公平策略獲取許可數(shù)
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) { //無限循環(huán)
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining)) //通過CAS修改許可數(shù)
return remaining;
}
}
//共享模式下的公平策略釋放許可
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)) //通過CAS修改許可數(shù)
return true;
}
}
//減去許可數(shù)
final void reducePermits(int reductions) {
for (;;) {
int current = getState();
int next = current - reductions;
if (next > current) // underflow
throw new Error("Permit count underflow");
if (compareAndSetState(current, next))
return;
}
}
// 獲取并返回立即可用的所有許可
final int drainPermits() {
for (;;) {
int current = getState();
if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))
return current;
}
}
}Sync類繼承了AQS類,重寫了nonfairTryAcquireShared、tryReleaseShared方法
NonfairSync和FairSync
//非公平策略
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;
NonfairSync(int permits) {
super(permits);
}
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return nonfairTryAcquireShared(acquires); //調(diào)用的父類Sync的方法
}
}
//公平策略
static final class FairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = 2014338818796000944L;
FairSync(int permits) {
super(permits);
}
//公平策略下子類重寫了方法
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;
}
}
}構(gòu)造方法
public Semaphore(int permits) {
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}常用方法
//默認(rèn)獲取一個許可
public void acquire() throws InterruptedException {
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
//默認(rèn)釋放一個許可
public void release() {sync.releaseShared(1); }
//獲取指定的許可數(shù)
public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.acquireSharedInterruptibly(permits);
}
//嘗試獲取指定的許可數(shù)
public boolean tryAcquire(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;
}
//釋放指定的許可數(shù)
public void release(int permits) {
if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
sync.releaseShared(permits);
}沒啥好說的,都是套娃子模式,真正的核心方法在Sync類中以及AQS類
示例
package com.hust.grid.leesf.semaphore;
import java.util.concurrent.Semaphore;
class MyThread extends Thread {
private Semaphore semaphore;
public MyThread(String name, Semaphore semaphore) {
super(name);
this.semaphore = semaphore;
}
public void run() {
int count = 3;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " trying to acquire");
try {
semaphore.acquire(count);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " acquire successfully");
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
semaphore.release(count);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release successfully");
}
}
}
public class SemaphoreDemo {
public final static int SEM_SIZE = 10;
public static void main(String[] args) {
Semaphore semaphore = new Semaphore(SEM_SIZE);
MyThread t1 = new MyThread("t1", semaphore);
MyThread t2 = new MyThread("t2", semaphore);
t1.start();
t2.start();
int permits = 5;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " trying to acquire");
try {
semaphore.acquire(permits);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " acquire successfully");
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
semaphore.release();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release successfully");
}
}
}說明:首先,生成一個信號量,信號量有10個許可,然后,main,t1,t2三個線程獲取許可運行
首先,main線程執(zhí)行acquire操作,并且成功獲得許可,之后t1線程執(zhí)行acquire操作,成功獲得許可,之后t2執(zhí)行acquire操作,由于此時許可數(shù)量不夠,t2線程將會阻塞,直到許可可用。之后t1線程釋放許可,main線程釋放許可,此時的許可數(shù)量可以滿足t2線程的要求,所以,此時t2線程會成功獲得許可運行,t2運行完成后釋放許可。
三、總結(jié)
1、semaphore類的核心是Sync內(nèi)部類,它繼承了AQS類,適當(dāng)重寫了一些方法,其他的方法都調(diào)用的這個Sync中的方法,包括Sync類的兩個子類:FairSync和NonFairSync。
2、semaphore類中實現(xiàn)了公平鎖FairSync和非公平鎖NonFairSync。默認(rèn)使用的是非公平鎖。
3、對于公平鎖和非公平鎖,主要體現(xiàn)在獲取鎖上面是否公平。非公平鎖不會判斷當(dāng)前線程是否為同步隊列中的第一個節(jié)點,而是直接操作state屬性;公平鎖會判斷當(dāng)前線程是否為同步隊列中的第一個節(jié)點,具體方法是hasQueuedPredecessors,如果不是,則返回-1,如果是,則執(zhí)行下面步驟。
4、semaphore的信號量機制使用的是AQS類的state屬性,默認(rèn)每次獲取或釋放信號量都是1,除非你指定要使用的信號量或釋放的信號量數(shù)。
5、對state屬性的添加和釋放都必須保證是原子性的,所以,semaphore類中使用的是unsafe類的compareAndSetState方法配合for(; ;)無限循環(huán),語義為CAS自旋,來保證對state屬性的操作是原子性的。
到此這篇關(guān)于Java的信號量semaphore講解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)信號量semaphore內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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