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AQS-用购票的方式理解信号量(Semaphore)

2020-08-31  本文已影响0人  小燃儿

在有些情况下,由于资源的限制,程序无法支持无限量的线程并发,因此引入信号量(Semaphore),只有获取信号量凭证的线程才允许执行。

1用购票理解信号量(Semaphore)

就好比我们乘坐火车一样,座位数量(信号量大小)是一定的。只有买到车票(获取信号量)的人才允许上车,当车票售完了,没有车票的人(没有获取信号量)是不允许上车的。只有等到有人下车,或者退票(释放持有信号量)后,等待的人才可以购票(获取信号量)上车:

image

其实现方式也非常简单,是基于java提供的AQS同步器框架实现的,因此只要理解了AQS框架的原理,再来理解Semaphore就非常简单了。对于还不了解AQS框架的可以先阅读以下两篇文章:

用火车购票的方式打开 AQS同步器(一)

用火车购票的方式打开 AQS同步器(二)

信号量,主要使用了文章(二)中共享锁的逻辑。现在我们来看一下java 中的信号量的实现吧,以购车票为例,方便理解。

2信号量Semaphore源码解析

对于源码而言,我们主要关注两个方法:一个是信号量的获取,一个是信号量的释放。

先来看一下构造方法

// 规定一下车票数量,以及预约规则是否严格排队执行(先到先得)
Semaphore(int permits, boolean fair);

Permits:信号量大小。类似于火车发行的总车票数。
Fair:是否为公平。类似于火车票售完了,然后没买到票的人进行预约。如果为公平的话,预约的按照先来后到的 顺序购买到票。如果是非公平的话,对于后买票的人也是有机会购得车票的(记得区分一下买票和预约两个概念)。

信号量的获取

public void acquire() throws InterruptedException {
     sync.acquireSharedInterruptibly(1); // sync继承了AQS同步器
}

实际会调用AQS框架的tryAcquireShared方法,该方法被Semaphore中的sync重写,分为公平sync和非公平sync,其源码如下:

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;
            }
        }

其实现区别,主要是公平sync方法中多了hasQueuedPredecessors()方法来判断,是否有比自己排队早的人。如果有,则自己直接返回等待(前面有比自己先预约买票的人,那么自己就只能等待买票)。

信号量的释放:

public void release() {
        sync.releaseShared(1);  // 直接调用AQS同步器的API,会调用tryReleaseShared方法
 }
​
 protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
            for (;;) {
                int current = getState();
                int next = current + releases;
                if (next < current) // 溢出,超出int范围了
                    throw new Error("Maximum permit count exceeded");
                if (compareAndSetState(current, next))
                    return true;
            }
        }

释放的逻辑比较简单,无非是使用compareAndSetState来设置实现信号量的更新,而使用for循环是为了保证CAS操作最终都能够得到执行。

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