给力!Java 并发之 Semaphore 源码剖析!

简介: Semaphore 信号量,可用于控制一定时间内,并发执行的线程数,基于 AQS 实现。可应用于网关限流、资源限制 (如 最大可发起连接数)。由于 release() 释放许可时,未对释放许可数做限制,所以可以通过该方法增加总的许可数量。

本文精选自 Doocs 开源社区旗下“源码猎人”项目,作者 AmyliaY。


项目将会持续更新,欢迎 Star 关注。


项目地址:https://github.com/doocs/source-code-hunter


Semaphore 信号量,可用于控制一定时间内,并发执行的线程数,基于 AQS 实现。可应用于网关限流、资源限制 (如 最大可发起连接数)。由于 release() 释放许可时,未对释放许可数做限制,所以可以通过该方法增加总的许可数量。


获取许可支持公平和非公平模式,默认非公平模式。公平模式无论是否有许可,都会先判断是否有线程在排队,如果有线程排队,则进入排队,否则尝试获取许可;非公平模式无论许可是否充足,直接尝试获取许可。


不多废话,下面直接挖源码。


核心内部类 Sync


abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {    private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;    /* 赋值state为总许可数 */    Sync(int permits) {        setState(permits);    }    /* 剩余许可数 */    final int getPermits() {        return getState();    }    /* 自旋 + CAS非公平获取 */    final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {        for (;;) {            // 剩余可用许可数            int available = getState();            // 本次获取许可后,剩余许可            int remaining = available - acquires;            // 如果获取后,剩余许可大于0,则CAS更新剩余许可,否则获取失败失败            if (remaining < 0 ||                compareAndSetState(available, remaining))                return remaining;        }    }    /**     * 自旋 + CAS 释放许可     * 由于未对释放许可数做限制,所以可以通过release动态增加许可数量     */    protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {        for (;;) {            // 当前剩余许可            int current = getState();            // 许可更新值            int next = current + releases;            // 如果许可更新值为负数,说明许可数量溢出,抛出错误            if (next < current) // overflow                throw new Error("Maximum permit count exceeded");            // CAS更新许可数量            if (compareAndSetState(current, next))                return true;        }    }    /* 自旋 + CAS 减少许可数量 */    final void reducePermits(int reductions) {        for (;;) {            // 当前剩余许可            int current = getState();            // 更新值            int next = current - reductions;               // 较少许可数错误,抛出异常            if (next > current) // underflow                throw new Error("Permit count underflow");            // CAS更新许可数            if (compareAndSetState(current, next))                return;        }    }    /* 丢弃所有许可 */    final int drainPermits() {        for (;;) {            int current = getState();            if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))                return current;        }    }}/** * 非公平模式 */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);    }}/** * 公平模式 */static final class FairSync extends Sync {    private static final long serialVersionUID = 2014338818796000944L;    FairSync(int permits) {        super(permits);    }    /**     * 公平模式获取许可     * 公平模式不论许可是否充足,都会判断同步队列中是否有线程在等地,如果有,获取失败,排队阻塞     */    protected int tryAcquireShared(int acquires) {        for (;;) {            // 如果有线程在排队,立即返回            if (hasQueuedPredecessors())                return -1;            // 自旋 + cas获取许可            int available = getState();            int remaining = available - acquires;            if (remaining < 0 ||                compareAndSetState(available, remaining))                return remaining;        }    }}


主要 API


public class Semaphore implements java.io.Serializable {    private static final long serialVersionUID = -3222578661600680210L;    /** All mechanics via AbstractQueuedSynchronizer subclass */    private final Sync sync;    /**     * 根据给定的 总许可数permits,创建 Semaphore     */    public Semaphore(int permits) {        sync = new NonfairSync(permits);    }    /**     * fair为true表示使用公平锁模式,false使用非公平锁     */    public Semaphore(int permits, boolean fair) {        sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);    }    // --------------------- 获取许可 --------------------    /* 获取指定数量的许可    */    public void acquire(int permits) throws InterruptedException {        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();        sync.acquireSharedInterruptibly(permits);    }    /* 获取一个许可    */    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) // 获取许可,剩余许可>=0,则获取许可成功,<0获取许可失败,进入排队            doAcquireSharedInterruptibly(arg);    }    protected int tryAcquireShared(int acquires) {        return nonfairTryAcquireShared(acquires);    }    /**     * @return 剩余许可数量。非负数,获取许可成功,负数,获取许可失败     */    final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {        for (;;) {            int available = getState();            int remaining = available - acquires;            if (remaining < 0 ||                compareAndSetState(available, remaining))                return remaining;        }    }    /**     * 获取许可失败,当前线程进入同步队列,排队阻塞     */    private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)        throws InterruptedException {        // 创建同步队列节点,并入队        final Node node = addWaiter(Node.SHARED);        boolean failed = true;        try {            for (;;) {                // 如果当前节点是第二个节点,尝试获取锁                final Node p = node.predecessor();                if (p == head) {                    int r = tryAcquireShared(arg);                    if (r >= 0) {                        setHeadAndPropagate(node, r);                        p.next = null; // help GC                        failed = false;                        return;                    }                }                // 阻塞当前线程                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&                    parkAndCheckInterrupt())                    throw new InterruptedException();            }        } finally {            if (failed)                cancelAcquire(node);        }    }    // --------------------- 释放归还许可 -------------------------    /* 释放指定数量的许可 */    public void release(int permits) {        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();        sync.releaseShared(permits);    }    /* 释放一个许可 */    public void release() {        sync.releaseShared(1);    }    public final boolean releaseShared(int arg) {        // 归还许可成功        if (tryReleaseShared(arg)) {            doReleaseShared();            return true;        }        return false;    }    /**     * 释放许可     * 由于未对释放许可数做限制,所以可以通过release动态增加许可数量     */    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))                return true;        }    }    private void doReleaseShared() {        // 自旋,唤醒等待的第一个线程(其他线程将由第一个线程向后传递唤醒)        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                    // 唤醒第一个等待线程                    unparkSuccessor(h);                }                else if (ws == 0 &&                         !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))                    continue;                // loop on failed CAS            }            if (h == head)                   // loop if head changed                break;        }    }}


全文完!


希望本文对大家有所帮助。如果感觉本文有帮助,有劳转发或点一下“在看”!让更多人收获知识!

目录
相关文章
|
29天前
|
安全 Java 编译器
揭秘JAVA深渊:那些让你头大的最晦涩知识点,从泛型迷思到并发陷阱,你敢挑战吗?
【8月更文挑战第22天】Java中的难点常隐藏在其高级特性中,如泛型与类型擦除、并发编程中的内存可见性及指令重排,以及反射与动态代理等。这些特性虽强大却也晦涩,要求开发者深入理解JVM运作机制及计算机底层细节。例如,泛型在编译时检查类型以增强安全性,但在运行时因类型擦除而丢失类型信息,可能导致类型安全问题。并发编程中,内存可见性和指令重排对同步机制提出更高要求,不当处理会导致数据不一致。反射与动态代理虽提供运行时行为定制能力,但也增加了复杂度和性能开销。掌握这些知识需深厚的技术底蕴和实践经验。
47 2
|
20天前
|
Kubernetes jenkins 持续交付
从代码到k8s部署应有尽有系列-java源码之String详解
本文详细介绍了一个基于 `gitlab + jenkins + harbor + k8s` 的自动化部署环境搭建流程。其中,`gitlab` 用于代码托管和 CI,`jenkins` 负责 CD 发布,`harbor` 作为镜像仓库,而 `k8s` 则用于运行服务。文章具体介绍了每项工具的部署步骤,并提供了详细的配置信息和示例代码。此外,还特别指出中间件(如 MySQL、Redis 等)应部署在 K8s 之外,以确保服务稳定性和独立性。通过本文,读者可以学习如何在本地环境中搭建一套完整的自动化部署系统。
51 0
|
1月前
|
安全 Java 调度
解锁Java并发编程高阶技能:深入剖析无锁CAS机制、揭秘魔法类Unsafe、精通原子包Atomic,打造高效并发应用
【8月更文挑战第4天】在Java并发编程中,无锁编程以高性能和低延迟应对高并发挑战。核心在于无锁CAS(Compare-And-Swap)机制,它基于硬件支持,确保原子性更新;Unsafe类提供底层内存操作,实现CAS;原子包java.util.concurrent.atomic封装了CAS操作,简化并发编程。通过`AtomicInteger`示例,展现了线程安全的自增操作,突显了这些技术在构建高效并发程序中的关键作用。
56 1
|
1月前
|
存储 Oracle 安全
揭秘Java并发核心:深入Hotspot源码腹地,彻底剖析Synchronized关键字的锁机制与实现奥秘!
【8月更文挑战第4天】在Java并发世界里,`Synchronized`如同导航明灯,确保多线程环境下的代码安全执行。它通过修饰方法或代码块实现独占访问。在Hotspot JVM中,`Synchronized`依靠对象监视器(Object Monitor)机制实现,利用对象头的Mark Word管理锁状态。
38 1
|
6天前
|
设计模式 Java 关系型数据库
【Java笔记+踩坑汇总】Java基础+JavaWeb+SSM+SpringBoot+SpringCloud+瑞吉外卖/谷粒商城/学成在线+设计模式+面试题汇总+性能调优/架构设计+源码解析
本文是“Java学习路线”专栏的导航文章,目标是为Java初学者和初中高级工程师提供一套完整的Java学习路线。
|
1天前
|
机器学习/深度学习 数据采集 JavaScript
ADR智能监测系统源码,系统采用Java开发,基于SpringBoot框架,前端使用Vue,可自动预警药品不良反应
ADR药品不良反应监测系统是一款智能化工具,用于监测和分析药品不良反应。该系统通过收集和分析病历、处方及实验室数据,快速识别潜在不良反应,提升用药安全性。系统采用Java开发,基于SpringBoot框架,前端使用Vue,具备数据采集、清洗、分析等功能模块,并能生成监测报告辅助医务人员决策。通过集成多种数据源并运用机器学习算法,系统可自动预警药品不良反应,有效减少药害事故,保障公众健康。
ADR智能监测系统源码,系统采用Java开发,基于SpringBoot框架,前端使用Vue,可自动预警药品不良反应
|
28天前
|
存储 Java
Java 中 ConcurrentHashMap 的并发级别
【8月更文挑战第22天】
32 5
|
28天前
|
存储 算法 Java
Java 中的同步集合和并发集合
【8月更文挑战第22天】
21 5
|
27天前
|
缓存 Java 调度
【Java 并发秘籍】线程池大作战:揭秘 JDK 中的线程池家族!
【8月更文挑战第24天】Java的并发库提供多种线程池以应对不同的多线程编程需求。本文通过实例介绍了四种主要线程池:固定大小线程池、可缓存线程池、单一线程线程池及定时任务线程池。固定大小线程池通过预设线程数管理任务队列;可缓存线程池能根据需要动态调整线程数量;单一线程线程池确保任务顺序执行;定时任务线程池支持周期性或延时任务调度。了解并正确选用这些线程池有助于提高程序效率和资源利用率。
33 2
|
29天前
|
Java 开发者
【编程高手必备】Java多线程编程实战揭秘:解锁高效并发的秘密武器!
【8月更文挑战第22天】Java多线程编程是提升软件性能的关键技术,可通过继承`Thread`类或实现`Runnable`接口创建线程。为确保数据一致性,可采用`synchronized`关键字或`ReentrantLock`进行线程同步。此外,利用`wait()`和`notify()`方法实现线程间通信。预防死锁策略包括避免嵌套锁定、固定锁顺序及设置获取锁的超时。掌握这些技巧能有效增强程序的并发处理能力。
19 2