javalock(四)AQS派生类之Semphore逐行注释

简单概括:

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Semphore是一把共享锁(即读锁),即实现了AQS的tryAcquireShared&&tryReleaseShared函数

Semphore的逻辑是这样:

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创建semphore的时候会初始化一个锁容量即permits,即最多同时允许permits个线程获取读锁资源。AQS的state在semphore中表示锁资源的剩余容量。Semphore.tryAcquireShared就是如果锁资源剩余容量大于0则表示可以成功获取锁,然后锁资源容量减一,Semphore的tryReleaseShared就是锁资源容量+1。

笔记:

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semphore没有锁所有者的概念,只有资源剩余量的概念,也就是说不管你是谁,只要资源还有剩余,那么就允许访问,也就是说一个线程可以获取多次资源
java 复制代码
import java.util.Collection;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;


public class Semaphore implements java.io.Serializable {
    private static final long serialVersionUID = -3222578661600680210L;
  
    private final Sync sync;

  
    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;

        Sync(int permits) {
            //state就是表示锁资源剩余量
            setState(permits);
        }

        final int getPermits() {
            return getState();
        }

        //尝试获取共享锁资源。while cas方式扣减,准确说是:do{}while(!CAS)
        //获取锁资源的逻辑就是:如果锁资源剩余容量大于0就允许立即获得锁而无需入aqs队列排队
        //反之则获取失败,返回false
        //semphore没有锁所有者的概念,只有资源剩余量的概念
        //也就是说不管你是谁,只要资源还有剩余,那么就允许访问
        //也就是说一个线程可以获取多次资源
        final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
            for (;;) {

                //笔记:getState是非并发安全的,但是没关系,
                //因为getState的返回值只是用来快速判断是否有资源剩余
                //真正决定能否成功获得锁的还是cas(available,remainging)这个操作
                //也就是说这里是一个乐观的做法:先扣减,再写回,如果冲突了就重试

                //通过getState获取资源剩余量
                int available = getState();
                //先计算要扣减的资源量
                int remaining = available - acquires;
                //如果remaining小于0表示资源剩余量小于0则,此时无法成功获取锁,所以返回负数
                //如果compareAndSetState(available, remaining)成功则表明资源剩余量大于0
                //并且资源扣减成功,此时remaing大于等于0,表示获取锁成功,所以返回非负数
                if (remaining < 0 ||
                        compareAndSetState(available, remaining))
                    return remaining;
                //走到这里则进入下一轮循环重试
            }
        }

        //尝试释放锁资源,也是do{}while(!cas)方式增加锁资源
        //因为是共享锁,且没有所有者的概念,所以可以一个线程多次释放,
        //每次释放都会锁资源+1,甚至能无线多次释放,然后就能无限获取了,也就是卡bug了
        //如下所示:信号量最初资源容量限制为2,但是因为没有锁所有者的概念以及上限检测
        //所以直接release(100)即增加100个令牌,这样就能获取102个令牌而不会阻塞
        // Semaphore sem=new java.util.concurrent.Semaphore(2);
        // sem.release(100);
        // for(int i=0;i<102;i++){
        //     sem.acquire();
        // }
        protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
            for (;;) {
                //读取锁资源状态
                int current = getState();
                //计算更新后的锁资源量
                int next = current + releases;
                if (next < current) 
                    throw new Error("Maximum permit count exceeded");
                //cas方式更新锁资源状态
                if (compareAndSetState(current, next))
                    return true;
                //走到这里则进入下一轮循环重试
            }
        }

        //扣减锁资源,也是通过do{}while(!CAS)方式更新
        final void reducePermits(int reductions) {
            for (;;) {
                int current = getState();
                int next = current - reductions;
                if (next > current) 
                    throw new Error("Permit count underflow");
                if (compareAndSetState(current, next))
                    return;
            }
        }

        //清空锁资源。就是把state设置为0,也是通过do{}while(!CAS)方式更新
        final int drainPermits() {
            for (;;) {
                int current = getState();
                if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))
                    return current;
            }
        }
    }

  
    static final class NonfairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = -2694183684443567898L;

        NonfairSync(int permits) {
            super(permits);
        }
        //非公平方式获取锁资源:就是如果有锁资源剩余容量大于0就允许立即获得锁而无需入aqs队列排队
        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            return nonfairTryAcquireShared(acquires);
        }
    }

  
    static final class FairSync extends Sync {
        private static final long serialVersionUID = 2014338818796000944L;

        FairSync(int permits) {
            super(permits);
        }
        //公平方式获取锁资源:先来先服务的原则。
        //也就是说只要aqs队列不为空则说明在本线程之前有其他线程已经在排队了
        //公平的原则就是先来先服务,所以这里就直接返回false表示获取锁失败
        //一旦tryAcquireShared返回失败,则aqs会把该节点丢到aqs list的最末尾
        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
            for (;;) {
                //判断是有在此之前有其他线程等待获取锁资源(即信号量)
                if (hasQueuedPredecessors())
                    //如果有则返回false表获取锁资源失败
                    return -1;
                //如果在此之前没有其他线程等待获取锁资源(即信号量)
                //则通过do{}while(!CAS)扣减锁资源
                int available = getState();
                int remaining = available - acquires;
                if (remaining < 0 ||
                        compareAndSetState(available, remaining))
                    return remaining;
            }
        }
    }

  
    public Semaphore(int permits) {
        sync = new NonfairSync(permits);
    }

  
    public Semaphore(int permits, boolean fair) {
        sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
    }

    //下面的函数都输对sync的一个简单封装,所以下面的函数就没注释了,一眼就能看明白
    public void acquire() throws InterruptedException {
        sync.acquireSharedInterruptibly(1);
    }

  
    public void acquireUninterruptibly() {
        sync.acquireShared(1);
    }

  
    public boolean tryAcquire() {
        return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >= 0;
    }

  
    public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireSharedNanos(1, unit.toNanos(timeout));
    }

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

  
    public void acquire(int permits) throws InterruptedException {
        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
        sync.acquireSharedInterruptibly(permits);
    }

  
    public void acquireUninterruptibly(int permits) {
        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
        sync.acquireShared(permits);
    }

  
    public boolean tryAcquire(int permits) {
        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
        return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;
    }

  
    public boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException {
        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
        return sync.tryAcquireSharedNanos(permits, unit.toNanos(timeout));
    }

  
    public void release(int permits) {
        if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
        sync.releaseShared(permits);
    }

  
    public int availablePermits() {
        return sync.getPermits();
    }

  
    public int drainPermits() {
        return sync.drainPermits();
    }

  
    protected void reducePermits(int reduction) {
        if (reduction < 0) throw new IllegalArgumentException();
        sync.reducePermits(reduction);
    }

  
    public boolean isFair() {
        return sync instanceof FairSync;
    }

  
    public final boolean hasQueuedThreads() {
        return sync.hasQueuedThreads();
    }

  
    public final int getQueueLength() {
        return sync.getQueueLength();
    }

  
    protected Collection<Thread> getQueuedThreads() {
        return sync.getQueuedThreads();
    }

  
    public String toString() {
        return super.toString() + "[Permits = " + sync.getPermits() + "]";
    }
}
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