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Java的信號(hào)量semaphore講解

 更新時(shí)間:2023年12月22日 09:47:39   作者:正經(jīng)人z.  
這篇文章主要介紹了Java的信號(hào)量semaphore講解,Semaphore底層是基于AbstractQueuedSynchronizer來(lái)實(shí)現(xiàn)的,Semaphore稱為計(jì)數(shù)信號(hào)量,它允許n個(gè)任務(wù)同時(shí)訪問(wèn)某個(gè)資源,需要的朋友可以參考下

一、簡(jiǎn)介

1、Semaphore底層是基于AbstractQueuedSynchronizer來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Semaphore稱為計(jì)數(shù)信號(hào)量,它允許n個(gè)任務(wù)同時(shí)訪問(wèn)某個(gè)資源,可以將信號(hào)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(guò)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(xiě)了AQS的方法,同時(shí),它的信號(hào)量機(jī)制是通過(guò)AQS的state屬性來(lái)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(guò)Sync類,也就是AQS實(shí)現(xiàn)的。

4、該類如果單獨(dú)使用,不涉及到條件隊(duì)列condition,使用到條件隊(duì)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(gè)方法:release,這個(gè)方法是釋放信號(hào)量到semaphore中,默認(rèn)是釋放一個(gè)。源碼中作者這么說(shuō)的:不要求一個(gè)線程在調(diào)用release方法釋放許可前必須通過(guò)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(duì)許可證的使用,由程序員掌握!semaphore只是提供了一個(gè)信號(hào)量的機(jī)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(xiě)的AQS的方法

7、注意其中一個(gè)方法:acquire,這個(gè)方法是獲取信號(hào)量從semaphore中,默認(rèn)是獲取一個(gè)。源碼中作者這么說(shuō)的:如果沒(méi)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(shí)semaphore中的許可滿足當(dāng)前線程,且當(dāng)前線程是下一個(gè)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(guò)acquire方式獲取許可的

二、源碼分析

三個(gè)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(wú)限循環(huán)
                int available = getState();
                int remaining = available - acquires;
                if (remaining < 0 ||
                    compareAndSetState(available, remaining))  //通過(guò)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(guò)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(xiě)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(xiě)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(gè)許可
public void acquire() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }
//默認(rèn)釋放一個(gè)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(méi)啥好說(shuō)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(shuō)明:首先,生成一個(gè)信號(hào)量,信號(hào)量有10個(gè)許可,然后,main,t1,t2三個(gè)線程獲取許可運(yùn)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(shí)許可數(shù)量不夠,t2線程將會(huì)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(shí)的許可數(shù)量可以滿足t2線程的要求,所以,此時(shí)t2線程會(huì)成功獲得許可運(yùn)行,t2運(yùn)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(xiě)了一些方法,其他的方法都調(diào)用的這個(gè)Sync中的方法,包括Sync類的兩個(gè)子類:FairSync和NonFairSync。

2、semaphore類中實(shí)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(duì)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(huì)判斷當(dāng)前線程是否為同步隊(duì)列中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn),而是直接操作state屬性;公平鎖會(huì)判斷當(dāng)前線程是否為同步隊(duì)列中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn),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(hào)量機(jī)制使用的是AQS類的state屬性,默認(rèn)每次獲取或釋放信號(hào)量都是1,除非你指定要使用的信號(hào)量或釋放的信號(hào)量數(shù)。

5、對(duì)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(wú)限循環(huán),語(yǔ)義為CAS自旋,來(lái)保證對(duì)state屬性的操作是原子性的。

到此這篇關(guān)于Java的信號(hào)量semaphore講解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)信號(hào)量semaphore內(nèi)容請(qǐng)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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