深入淺出 java Semaphore

發(fā)布時(shí)間：2023-08-14 10:38:28

Semaphore 是什么 Semaphore 也叫信號(hào)量，在 JDK1.5 被引入，可以用來控制同時(shí)訪問特定資源的線程數(shù)量，通過協(xié)調(diào)各個(gè)線程，以保證合理的使用資源。

Semaphore 內(nèi)部維護(hù)了一組虛擬的許可，許可的數(shù)量可以通過構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)指定。

訪問特定資源前，必須使用 acquire 方法獲得許可，如果許可數(shù)量為 0，該線程則一直阻塞，直到有可用許可。訪問資源后，使用 release 釋放許可。Semaphore 和 ReentrantLock 類似，獲取許可有公平策略和非公平許可策略，默認(rèn)情況下使用非公平策略。

應(yīng)用場景 Semaphore 可以用來做流量分流，特別是對公共資源有限的場景，比如數(shù)據(jù)庫連接。假設(shè)有這個(gè)的需求，讀取幾萬個(gè)文件的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中，由于文件讀取是 IO 密集型任務(wù)，可以啟動(dòng)幾十個(gè)線程并發(fā)讀取，但是數(shù)據(jù)庫連接數(shù)只有 10 個(gè)，這時(shí)就必須控制最多只有 10 個(gè)線程能夠拿到數(shù)據(jù)庫連接進(jìn)行操作。這個(gè)時(shí)候，就可以使用 Semaphore 做流量控制。

public class SemaphoreTest {private static final int COUNT = 40;private static Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(COUNT);private static Semaphore semaphore = new Semaphore(10);public static void main(String[] args) {for (int i=0; i< COUNT; i++) {executor.execute(new ThreadTest.Task());}}

實(shí)現(xiàn)原理本文代碼源于 JDK1.8Semaphore 實(shí)現(xiàn)主要基于 java 同步器 AQS，不熟悉的可以移步這里 深入淺出 java 同步器。

內(nèi)部使用 state 表示許可數(shù)量。非公平策略acquire 實(shí)現(xiàn)，核心代碼如下：

final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {for (;;) {int available = getState();int remaining = available - acquires;if (remaining < 0 ||compareAndSetState(available, remaining))return remaining;}}acquires

值默認(rèn)為 1，表示嘗試獲取 1 個(gè)許可，remaining 代表剩余的許可數(shù)。

如果 remaining < 0，表示目前沒有剩余的許可。當(dāng)前線程進(jìn)入 AQS 中的 doAcquireSharedInterruptibly 方法等待可用許可并掛起，直到被喚醒。

release 實(shí)現(xiàn)，核心代碼如下：

protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {for (;;) {int current = getState();int next = current + releases;if (next < current) // overflowthrow new Error("Maximum permit count exceeded");if (compareAndSetState(current, next))return true;}}releases

值默認(rèn)為 1，表示嘗試釋放 1 個(gè)許可，next 代表如果許可釋放成功，可用許可的數(shù)量。

通過 unsafe.compareAndSwapInt 修改 state 的值，確保同一時(shí)刻只有一個(gè)線程可以釋放成功。許可釋放成功，當(dāng)前線程進(jìn)入到 AQS 的 doReleaseShared 方法，喚醒隊(duì)列中等待許可的線程。也許有人會(huì)有疑問，非公平性體現(xiàn)在哪里？當(dāng)一個(gè)線程 A 執(zhí)行 acquire 方法時(shí)，會(huì)直接嘗試獲取許可，而不管同一時(shí)刻阻塞隊(duì)列中是否有線程也在等待許可，如果恰好有線程 C 執(zhí)行 release 釋放許可，并喚醒阻塞隊(duì)列中第一個(gè)等待的線程 B，這個(gè)時(shí)候，線程 A 和線程 B 是共同競爭可用許可，不公平性就是這么體現(xiàn)出來的，線程 A 一點(diǎn)時(shí)間都沒等待就和線程 B 同等對待。

公平策略

acquire 實(shí)現(xiàn)，核心代碼如下：

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;}}acquires

值默認(rèn)為 1，表示嘗試獲取 1 個(gè)許可，remaining 代表剩余的許可數(shù)。可以看到和非公平策略相比，就多了一個(gè)對阻塞隊(duì)列的檢查。

如果阻塞隊(duì)列沒有等待的線程，則參與許可的競爭。否則直接插入到阻塞隊(duì)列尾節(jié)點(diǎn)并掛起，等待被喚醒。release 實(shí)現(xiàn)，和非公平策略一樣。

以上為本次全部分享內(nèi)容