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生活案例
停车场：停车场只有2个车位，即同时只能容纳2辆车，车辆都是停一会再走的，如何保证同一时刻最多有2个车停在停车位？请用代码实现。
女厕所：女厕所里只有五个位置，即最多只能有五位女性同时上厕所，如何保证同一时刻最多有五位女性在上厕所？请用java代码实现。（原本就只想用厕所来说，没想用女厕所来举例，但是之前遇到杠精，说男厕可以两个人一起上，无比尴尬）。
多线程读某个文件：实现一个文件允许同一时刻的并发访问数。
Semaphore入场
上面的两个案例可以用JDK1.5出的Semaphore来实现。实现停车场案例后，第二个案例也就很轻松实现了。公司大楼来了6辆车，怎么办？保安大哥手里只有两张停车卡（一个车位一张卡）。
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class SemaphoreDemo {
//车位个数
private static final int PARK_LOT = 2;
//车辆数
private static final int CARS = 6;
private static Semaphore semaphore = new Semaphore(PARK_LOT);
private static void park() {
for (int i = 1; i <= CARS; i++) {
int finalI = i;
new Thread(() -> {
try {
//看看有没有空车位
if (semaphore.availablePermits() == 0) {
System.out.println("第" + finalI + "辆司机看了看，哎，还没有空停车位，继续排队");
}
//尝试进入停车位
semaphore.acquire();
System.out.println("第" + finalI + "成功进入停车场");
Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));//模拟车辆在停车场停留的时间
System.out.println("第" + finalI + "驶出停车场");
//离开停车场
semaphore.release();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}).start();
}
}
public static void main(String[] args) {
park();
}
}
运行输出
四辆车等待，两辆车进入停车位。然后后面就是出来一辆进入一辆，这个停车场确实保证了任何时可最多可以停两辆车了。
可能前面排队等着别人开出来，可是有的人不按规矩出牌，看到有车位一下就进去把车位抢了。所以这个停车也分公平和非公平的。
整个过程：
假设上面的场景是：司机们能看到车位是否为空，而且只能看到自己前面的车，更前面的车看不见。
通常有六种做法：
1.看到有空车位，便直接开过去、不用排队了（非公平）2.看到有车位了，还得看看前面还有没有车在排队（公平）
3.不然，就一直看车位是否为空，以及自己前面还有没有车（死循环--自旋）
4.能够停车了，尝试往空车位开去，但却被插队（不公平）的那家伙抢了车位（CAS）
5.有时候保安也会说：今天车位满了，不让停进来了，回去吧（中断）
6.保安叫你回去了，你却傻傻地不走，想再等等看（中断不响应）
7.汽车从车位上离开，每离开一个，空车位就多一个（资源释放）
以上是自己对生活和技术的理解，如有不对的地方希望指正。
深入Semaphore
Semaphore翻译
Semaphore是Doug Lea在JDK1.5时候搞出来的。Semaphore是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值，基于此，多个线程竞争获取许可信号，做完自己的申请后归还，超过阈值后，线程申请许可信号将会被阻塞。
UML类图
方法和主要属性
上面案例中我们一共使用了如下几个关键方法：
new Semaphore(2);
availablePermits()
acquire();
release();
构造方法
从构造方法new Semaphore(PARK_LOT)为入口，咱们一步一步把这个Semaphore的源码给看一遍，然后梳理一下，最后总结一下。
//两个车位 permits=2
public Semaphore(int permits) {
sync = new NonfairSync(permits);
}
public Semaphore(int permits, boolean fair) {
sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}有两个构造方法，并且这里我们看到了两个熟悉的面孔：
FairSync 公平的NonfairSync 非公平的
上面的案例中，使用的是一个单个参数的构造方法，即此时使用的是非公平的。就想上面停车的场景，你排队在前面也没用，后面的直接插队，停到车位上去了。
我们来看看这个非公平NonfairSync 是怎么实现的
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;
//两个车位 permits=2
NonfairSync(int permits) {
super(permits);
}
}这里面什么逻辑，通过super(permits)到父类中
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;
//两个车位 permits=2
Sync(int permits) {
//就是给AQS设置state=2
setState(permits);
}
//返回AQS中state的值
final int getPermits() {
return getState();
}
}构造方法就是创建一个Semaphore对象，给AQS中的state赋值。
availablePermits() 方法--检测是否有可用凭证（资源）
司机看看有没有空车位
semaphore.availablePermits() 方法的源码
public int availablePermits() {
return sync.getPermits();
}其实这里就是获取AQS中的sate的值。如果state==0则证明已满。否则semaphore.acquire();
acquire方法--中断式
在Semaphore中获取资源的有两种方式：中断式和不中断式。
- 当前线程调用该方法的目的是希望获取一个信号量资源。如果当前信号量个数大于0，则当前信号量的计数会减1，然后该方法直接返回。
- 否则如果当前信号量个数等于0，则当前线程会被放入AQS的阻塞队列。
- 当其他线程调用了当前线程的interrupt（）方法中断了当前线程时，则当前线程会抛出InterruptedException异常返回。
其中acquire()为中断式
public void acquire() throws InterruptedException {
//入参是证明只需要一个信号
sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
是AQS中的方法
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
//判断是否中断
if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException();
//tryAcquireShared 和 doAcquireSharedInterruptibly 方法
if (tryAcquireShared(arg) < 0){
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
}
//空方法，有子类去实现
protected int tryAcquireShared(int arg) {
throw new UnsupportedOperationException();
}tryAcquireShared方法
该方法是在AQS中没有实现，是一个空方法，这里在Semaphore中有两个实现类
由于我们前面使用就是非公平模式，所以这里我们进入NonfairSync
static final class NonfairSync extends Sync {
private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;
NonfairSync(int permits) {
super(permits);
}
//这方法也没有什么逻辑，直接调用nonfairTryAcquireShared
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
return nonfairTryAcquireShared(acquires);
}
}而nonfairTryAcquireShared方法则是在其父类里实现的
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
//acquires=1
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
//死循环--自旋
for (;;) {
//获取AQS中的state，就是我们前面给的permits=2
//也称之为获取剩余许可数
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
// 剩余的许可小于0或者比较设置成功
if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}这里是一个CAS自旋。因为Semaphore是一个共享锁，可能有多个线程同时申请共享资源，因此CAS操作可能失败。直到成功获取返回剩余资源数目，或者发现没有剩余资源返回负值代表申请失败。在这里我们看看公平模式
static final class FairSync extends Sync {
protected int tryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
//公平模式多了这个方法
if (hasQueuedPredecessors())
return -1;
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
}公平模式下的tryAcquireShared方法在试图获取之前做了一个判断，如果发现等对队列中有线程在等待获取资源，就直接返回-1表示获取失败。当前线程会被上层的acquireSharedInterruptibly方法调用doAcquireShared方法放入等待队列中。这正是“公平”模式的语义：如果有线程先于我进入等待队列且正在等待，就直接进入等待队列，效果便是各个线程按照申请的顺序获得共享资源，具有公平性。
hasQueuedPredecessors这个方法我们在之前的ReentranLock文章中说过了，这里就不在多说了。
doAcquireSharedInterruptibly方法
这个方法我们在之前的Reentranlock文章中也都讲过了快速掌握并发编程---细说ReentrantLock和AQS，在这里的主要是当获取锁失败后，他就是将当前线程放入等待队列并开始自旋检测获取资源。
acquireUnInterruptibly方法-- 不中断式
该方法与acquire()方法类似，不同之处在于该方法对中断不响应，也就是当当前线程调用了acquireUninterruptibly获取资源时（包含被阻塞后），其他线程调用了当前线程的interrupt()方法设置了当前线程的中断标志，此时当前线程并不会抛出InterruptedException异常而返回。
public void acquireUninterruptibly() {
sync.acquireShared(1);
}
public final void acquireShared(int arg) {
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireShared(arg);
}release()方法--释放资源
不管是在ReentranLock还是Semaphore里，释放锁和释放资源都不会公平性。
该方法的作用是把当前Semaphore对象的信号量值增加1，如果当前有线程因为调用aquire方法被阻塞而被放入了AQS的阻塞队列，则会根据公平策略选择一个信号量个数能被满足的线程进行激活，激活的线程会尝试获取刚增加的信号量。
public void release() {
//注意入参是1
sync.releaseShared(1);
}
//释放掉资源后，唤醒后继
public final boolean releaseShared(int arg) {
if (tryReleaseShared(arg)) {
doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}而在这个方法中一共调用了两个方法tryReleaseShared和doReleaseShared
tryReleaseShared
tryReleaseShared方法的实现
既然不分公平和不公平，那么这个实现类就肯定是在他们两的父类里实现的，点进去，果然是在java.util.concurrent.Semaphore.Sync中实现的
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
//自旋
for (;;) {
int current = getState();
//记得前面aquire方法是state-1
//而这里是+1，表示把凭证归还到池子里了，下一个人来就可以获取凭证了
int next = current + releases;
if (next < current) // overflow
throw new Error("Maximum permit count exceeded");
//CAS设置state的值=之前state的值+release
if (compareAndSetState(current, next))
return true;
}
}doReleaseShared
此方法主要用于唤醒后继
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;
}
}希望结合源码的梳理和文章前面的说的几种做法，能让您更好地理解Semaphore。
总结
核心知识点：利用了AQS中的state和同步阻塞队列、CAS、死循环
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