Semaphore 与 AQS 共享

Semaphore就是一个信号量,它的作用是限制某段代码块的并发数,首先我们来看下它的用法:

 public static void main(String[] args) {
        int N = 8;            //工人数
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5); //机器数目
        for(int i=0;i<N;i++)
            new Worker(i,semaphore).start();
    }

    static class Worker extends Thread{
        private int num;
        private Semaphore semaphore;
        public Worker(int num,Semaphore semaphore){
            this.num = num;
            this.semaphore = semaphore;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println("工人"+this.num+"占用一个机器在生产...");
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println("工人"+this.num+"释放出机器");
                semaphore.release();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

不难看出Semaphore比较适合做限流,实际上一些开源框架也确实是基于它来做限流器的。
同ReentrantLock类似,Semaphore中也维护了一个Sync属性,用来做加锁解锁操作
可以看出有两个比较关键的方法acquire 以及release

acquire

    public void acquire() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

    public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
        if (tryAcquireShared(arg) < 0) // 这里尝试获取锁
            doAcquireSharedInterruptibly(arg); // 没拿到锁则入队列并阻塞
    }

        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            for (;;) {
                // 这里是针对公平锁 如果有前驱动节点 直接返回加锁失败
                if (hasQueuedPredecessors()) 
                    return -1;
                // 在初始化Semaphore的时候 会传入state的初始值,也就是总共可以被获取的量
                int available = getState(); 
                int remaining = available - acquires;  // 减去需要的量 则为剩余的量
                if (remaining < 0 || // 小于0 说明不足
                    compareAndSetState(available, remaining)) // cas成功 则抢到了需要的量
                    return remaining; // 返回
            }
        }

release

    public void release() {
        sync.releaseShared(1);
    }

    public final boolean releaseShared(int arg) {
        if (tryReleaseShared(arg)) { // 尝试释放持有的锁
            doReleaseShared(); // 唤醒队列中的后继节点
            return true;
        }
        return false;
    }

        protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
            for (;;) {
                int current = getState();
                int next = current + releases; // 当前state 加上 释放的量 为新的总量
                if (next < current) // overflow
                    throw new Error("Maximum permit count exceeded");
                if (compareAndSetState(current, next)) // cas 将state设置回去
                    return true;
            }
        }

AQS共享模式

上面有几个关键方法没有看, 那些都是在AQS中实现的方法可以来看下:
doAcquireSharedInterruptibly:

    public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
        if (Thread.interrupted()) // Interruptibly结尾的方法表示中断会抛出异常
            throw new InterruptedException();
        if (tryAcquireShared(arg) < 0) // 子类实现 执行拿锁逻辑
            doAcquireSharedInterruptibly(arg); // 拿锁失败 则执行该方法
    }

    private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
        final Node node = addWaiter(Node.SHARED); // 创建共享类型的节点,并将其入队
        boolean failed = true;
        try {
            for (;;) {
                final Node p = node.predecessor(); // 拿到前驱节点
                if (p == head) { // 只有前驱节点是head的时候 才去尝试拿锁
                    int r = tryAcquireShared(arg); // 拿锁 并返回剩余的锁数量
                    if (r >= 0) {
                        // 设置头节点 并且传播 
                        // 这里不仅仅是将本节点设置为头节点 同时也会唤醒后继节点继续拿锁(满足条件的话)
                        setHeadAndPropagate(node, r); 
                        p.next = null; // help GC
                        failed = false;
                        return;
                    }
                }
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && // 判断是否应该阻塞
                    parkAndCheckInterrupt()) // 阻塞自己 并且如果被中断 返回true
                    // 由于是Interruptibly方法,所以这里会跑出一场 而不是设置中断标识
                    throw new InterruptedException(); 
            }
        } finally {
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

    private void setHeadAndPropagate(Node node, int propagate) {
        Node h = head; // 将老的头节点记录下
        setHead(node); // 执行普通的头节点出队操作
        /*
         * Try to signal next queued node if:
         *   Propagation was indicated by caller,
         *     or was recorded (as h.waitStatus either before
         *     or after setHead) by a previous operation
         *     (note: this uses sign-check of waitStatus because
         *      PROPAGATE status may transition to SIGNAL.)
         * and
         *   The next node is waiting in shared mode,
         *     or we don't know, because it appears null
         *
         * The conservatism in both of these checks may cause
         * unnecessary wake-ups, but only when there are multiple
         * racing acquires/releases, so most need signals now or soon
         * anyway.
         */
        // 这里的判断条件看起来是复杂了 不过是由于之前出现过bug才这么写的 可以看后记
        if (propagate > 0 || h == null || h.waitStatus < 0 ||
            (h = head) == null || h.waitStatus < 0) {
            Node s = node.next;
            if (s == null || s.isShared()) // 如果后继节点也是共享节点的话
                doReleaseShared(); // 唤醒后继节点
        }
    }

doReleaseShard:

   private void doReleaseShared() {
        /*
         * Ensure that a release propagates, even if there are other
         * in-progress acquires/releases.  This proceeds in the usual
         * way of trying to unparkSuccessor of head if it needs
         * signal. But if it does not, status is set to PROPAGATE to
         * ensure that upon release, propagation continues.
         * Additionally, we must loop in case a new node is added
         * while we are doing this. Also, unlike other uses of
         * unparkSuccessor, we need to know if CAS to reset status
         * fails, if so rechecking.
         */
        for (;;) {
            Node h = head; // 拿到当前的头节点
            if (h != null && h != tail) { // 队列必须非空
                int ws = h.waitStatus;
                if (ws == Node.SIGNAL) { // 如果头节点状态为可唤醒(头节点的后继节点可唤醒)
                    // 将状态设置为0 设置失败则下一次循环
                    // 这里是由于多线程操作 可能别的线程吧状态给改了 导致这边cas失败
                    if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0)) 
                        continue;            // loop to recheck cases
                    unparkSuccessor(h); // cas成功的话 则唤醒后继节点
                }
                // 如果h的状态已经是0了 可能是新入队了头节点 但是还没来得及将状态改为SIGNAL
                // 此时 尝试将h的状态改为PROPAGATE   具体原因见后记
                else if (ws == 0 && 
                         !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                    continue;                // loop on failed CAS
            }
            // 如果到这里 h还是头节点 那就说明没有别的线程对head做操作 则break掉
            if (h == head)                   // loop if head changed
                break;
        }
    }

后记

一直搞不明白 doReleaseShared中将头节点设置为PROPAGATE 有什么作用,也没有找到对PROPAGATE在别的地方有什么引用,所以去查了下

     else if (ws == 0 && 
                         !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                    continue;                // loop on failed CAS

参看:https://blog.csdn.net/zy353003874/article/details/110535122

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