简略意识 Semaphore
何为 Semaphore？
- Semaphore 顾名思义，叫信号量；
- Semaphore 可用来管制同时拜访特定资源的线程数量，以此来达到协调线程工作；
- Semaphore 外部也有偏心锁、非偏心锁的动态外部类，就像 ReentrantLock 一样，Semaphore 外部基本上是通过 sync.xxx 之类的这种调用形式的；
- Semaphore 外部保护了一个虚构的资源池，如果许可为 0 则线程阻塞期待，直到许可大于 0 时又能够有机会获取许可了；
Semaphore 的 state 关键词
- 其实 Semaphore 的实现也恰好很好利用了其父类 AQS 的 state 变量值；
- 初始化一个数量值作为许可池的资源，假如为 N，那么当任何线程获取到资源时，许可减 1，直到许可为 0 时后续来的线程就须要期待；
- Semaphore，简略大抵意思为：A、B、C、D 线程同时争抢资源，目前卡槽大小为 2，若 A、B 正在执行且未执行完，那么 C、D 线程在门外等着，一旦 A、B 有 1 个执行完了，那么 C、D 就会竞争看谁先执行；state 初始值假如为 N，后续每 tryAcquire() 一次，state 会 CAS 减 1，当 state 为 0 时其它线程处于期待状态，直到 state>0 且 <N 后，过程又能够获取到锁进行各自操作了；
罕用重要的办法
public Semaphore(int permits)
// 创立一个给定许可数量的信号量对象，且默认以非偏心锁形式获取资源
public Semaphore(int permits, boolean fair)
// 创立一个给定许可数量的信号量对象，且是否偏心形式由传入的 fair 布尔参数值决定
public void acquire()
// 从此信号量获取一个许可，当许可数量小于零时，则阻塞期待
public void acquire(int permits)
// 从此信号量获取 permits 个许可，当许可数量小于零时，则阻塞期待，然而当阻塞期待的线程被唤醒后发现被中断过的话则会抛 InterruptedException 异样
public void acquireUninterruptibly(int permits)
// 从此信号量获取 permits 个许可，当许可数量小于零时，则阻塞期待，然而当阻塞期待的线程被唤醒后发现被中断过的话不会抛 InterruptedException 异样
public void release()
// 开释一个许可
public void acquire(int permits)
// 开释 permits 个许可
### 设计与实现伪代码
#### 获取共享锁：```javapublic final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {if (Thread.interrupted())
throw new InterruptedException();
if (tryAcquireShared(arg) < 0)
doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}acquire{
如果检测中断状态发现被中断过的话，那么则抛出 InterruptedException 异样
如果尝试获取共享锁失败的话 (尝试获取共享锁的各种形式由 AQS 的子类实现)，那么就新增共享锁结点通过自旋操作退出到队列中，并且依据结点中的 waitStatus 来决定是否调用 LockSupport.park 进行劳动
}开释共享锁：
public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) {doReleaseShared();
return true;
}
return false;
}
release{如果尝试开释共享锁失败的话 ( 尝试开释共享锁的各种形式由 AQS 的子类实现)，那么通过自旋操作唤实现阻塞线程的唤起操作
}Semaphore 生存细节化了解
比方咱们天天在里面吃快餐，我就以吃快餐为例生活化论述该 Semaphore 原理：
- 1、场景：餐厅只有一个排队的走廊，只有十个打饭窗口；
- 2、开饭工夫点，刚开始的时候，人数不多，比比皆是，窗口很多，打饭菜天然很快，但随着工夫的推移人数会越来越多，会出现阻塞拥挤情况，排起了缓缓长队；
- 3、人数越来越多，但窗口只有十个，起初的就只好按先来后到排队期待打饭菜咯，后面窗口空缺一个，排队最前的一个则下来打饭菜，秩序井井有条；
- 4、总之大家都挨个挨个排队打饭，先来后到，相安无事的程序打饭菜；
- 5、到此打止，1、2、3、4 能够认为是一种偏心形式的信号量共享锁；
- 6、然而呢，还有那么些紧急赶时间的人，来餐厅时刚好看到徒弟刚刚打完一个人的饭菜，于是插入去打饭菜敢工夫；
- 7、如果敢工夫人的来的时候发现徒弟还在打饭菜，那么就只得乖乖的排队等待打饭菜咯；
- 8、到此打止，1、2、6、7 能够认为是一种非偏心形式的信号量共享锁；
源码剖析 Semaphore
Semaphore 结构器
结构器源码：
/**
* Creates a {@code Semaphore} with the given number of
* permits and nonfair fairness setting.
*
* @param permits the initial number of permits available.
* This value may be negative, in which case releases
* must occur before any acquires will be granted.
*/
public Semaphore(int permits) {sync = new NonfairSync(permits);
}
/**
* Creates a {@code Semaphore} with the given number of
* permits and the given fairness setting.
*
* @param permits the initial number of permits available.
* This value may be negative, in which case releases
* must occur before any acquires will be granted.
* @param fair {@code true} if this semaphore will guarantee
* first-in first-out granting of permits under contention,
* else {@code false}
*/
public Semaphore(int permits, boolean fair) {sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);
}创立一个给定许可数量的信号量对象，默认应用非偏心锁，当然也可通过 fair 布尔参数值决定是偏心锁还是非偏心锁；
Sync 同步器
1、AQS –> Sync —> FairSync // 偏心锁 ||> NonfairSync // 非偏心锁
2、Semaphore 内的同步器都是通过 Sync 形象接口来操作调用关系的，细看会发现基本上都是通过 sync.xxx 之类的这种调用形式的；
acquire()
1、源码：
/**
* Acquires a permit from this semaphore, blocking until one is
* available, or the thread is {@linkplain Thread#interrupt interrupted}.
*
* <p>Acquires a permit, if one is available and returns immediately,
* reducing the number of available permits by one.
*
* <p>If no permit is available then the current thread becomes
* disabled for thread scheduling purposes and lies dormant until
* one of two things happens:
* <ul>
* <li>Some other thread invokes the {@link #release} method for this
* semaphore and the current thread is next to be assigned a permit; or
* <li>Some other thread {@linkplain Thread#interrupt interrupts}
* the current thread.
* </ul>
*
* <p>If the current thread:
* <ul>
* <li>has its interrupted status set on entry to this method; or
* <li>is {@linkplain Thread#interrupt interrupted} while waiting
* for a permit,
* </ul>
* then {@link InterruptedException} is thrown and the current thread's
* interrupted status is cleared.
*
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public void acquire() throws InterruptedException {sync.acquireSharedInterruptibly(1); // 调用父类 AQS 中的获取共享锁资源的办法
}acquire 是信号量获取共享资源的入口，尝试获取锁资源，获取到了则立马返回并跳出该办法，没有获取到则该办法阻塞期待；其次要也是调用 sync 的父类 AQS 的 acquireSharedInterruptibly 办法；
acquireSharedInterruptibly(int)
1、源码：
/**
* Acquires in shared mode, aborting if interrupted. Implemented
* by first checking interrupt status, then invoking at least once
* {@link #tryAcquireShared}, returning on success. Otherwise the
* thread is queued, possibly repeatedly blocking and unblocking,
* invoking {@link #tryAcquireShared} until success or the thread
* is interrupted.
* @param arg the acquire argument.
* This value is conveyed to {@link #tryAcquireShared} but is
* otherwise uninterpreted and can represent anything
* you like.
* @throws InterruptedException if the current thread is interrupted
*/
public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {if (Thread.interrupted()) // 调用之前先检测该线程中断标记位，检测该线程在之前是否被中断过
throw new InterruptedException(); // 若被中断过的话，则抛出中断异样
if (tryAcquireShared(arg) < 0) // 尝试获取共享资源锁，小于 0 则获取失败，此办法由 AQS 的具体子类实现
doAcquireSharedInterruptibly(arg); // 将尝试获取锁资源的线程进行入队操作
}2、acquireSharedInterruptibly 是共享模式下线程获取锁资源的基类办法，每当线程获取到一次共享资源，则共享资源数值就会做减法操作，直到共享资源值小于 0 时，则线程阻塞进入队列期待；
3、而且该线程反对中断，也正如办法名称所意，当该办法检测到中断后则立马会抛出中断异样，让调用该办法的中央立马感知线程中断状况；
tryAcquireShared(int)
1、偏心锁 tryAcquireShared 源码：
// FairSync 偏心锁的 tryAcquireShared 办法
protected int tryAcquireShared(int acquires) {for (;;) { // 自旋的死循环操作形式
if (hasQueuedPredecessors()) // 查看线程是否有阻塞队列
return -1; // 如果有阻塞队列，阐明共享资源的许可数量曾经用完，返回 - 1 乖乖进行入队操作
int available = getState(); // 获取锁资源的最新内存值
int remaining = available - acquires; // 计算失去剩下的许可数量
if (remaining < 0 || // 若剩下的许可数量小于 0，阐明曾经共享资源了，返回正数而后乖乖进入入队操作
compareAndSetState(available, remaining)) // 若共享资源大于或等于 0，避免并发则通过 CAS 操作占据最初一个共享资源
return remaining; // 不论失去 remaining 后进入了何种逻辑，操作了之后再将 remaining 返回，下层会依据 remaining 的值进行判断是否须要入队操作
}
}2、非偏心锁 tryAcquireShared 源码：
// NonfairSync 非偏心锁的 tryAcquireShared 办法
protected int tryAcquireShared(int acquires) {return nonfairTryAcquireShared(acquires); //
}
// NonfairSync 非偏心锁父类 Sync 类的 nonfairTryAcquireShared 办法
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {for (;;) { // 自旋的死循环操作形式
int available = getState(); // 获取锁资源的最新内存值
int remaining = available - acquires; // 计算失去剩下的许可数量
if (remaining < 0 || // 若剩下的许可数量小于 0，阐明曾经共享资源了，返回正数而后乖乖进入入队操作
compareAndSetState(available, remaining)) // 若共享资源大于或等于 0，避免并发则通过 CAS 操作占据最初一个共享资源
return remaining; // 不论失去 remaining 后进入了何种逻辑，操作了之后再将 remaining 返回，下层会依据 remaining 的值进行判断是否须要入队操作
}
} 3、tryAcquireShared 法是 AQS 的子类实现的，也就是 Semaphore 的两个动态外部类实现的，目标就是通过 CAS 尝试获取共享锁资源，获取共享锁资源胜利大于或等于 0 的自然数，获取共享锁资源失败则返回正数；
doAcquireSharedInterruptibly(int)
1、源码：
/**
* Acquires in shared interruptible mode.
* @param arg the acquire argument
*/
private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
throws InterruptedException {
// 依照给定的 mode 模式创立新的结点，模式有两种：Node.EXCLUSIVE 独占模式、Node.SHARED 共享模式；final Node node = addWaiter(Node.SHARED); // 创立共享模式的结点
boolean failed = true;
try {for (;;) { // 自旋的死循环操作形式
final Node p = node.predecessor(); // 获取结点的前驱结点
if (p == head) { // 若前驱结点为 head 的话，那么阐明以后结点天然不用说了，仅次于老大之后的便是老二了咯
int r = tryAcquireShared(arg); // 而且老二也心愿尝试去获取一下锁，万一头结点凑巧刚刚开释呢？心愿还是要有的，万一实现了呢。。。if (r >= 0) { // 若 r >=0，阐明曾经胜利的获取到了共享锁资源
setHeadAndPropagate(node, r); // 把以后 node 结点设置为头结点，并且调用 doReleaseShared 开释一下无用的结点
p.next = null; // help GC
failed = false;
return;
}
}
if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) && // 依据前驱结点看看是否须要劳动一会儿
parkAndCheckInterrupt()) // 阻塞操作，失常状况下，获取不到共享锁，代码就在该办法进行了，直到被唤醒
// 被唤醒后，发现 parkAndCheckInterrupt() 外面检测了被中断了的话，则补上中断异样，因而抛了个异样
throw new InterruptedException();}
} finally {if (failed)
cancelAcquire(node);
}
}2、doAcquireSharedInterruptibly 也是采纳一个自旋的死循环操作形式，直到失常返回或者被唤醒抛出中断异样为止；
release()
1、源码：
/**
* Releases a permit, returning it to the semaphore.
*
* <p>Releases a permit, increasing the number of available permits by
* one. If any threads are trying to acquire a permit, then one is
* selected and given the permit that was just released. That thread
* is (re)enabled for thread scheduling purposes.
*
* <p>There is no requirement that a thread that releases a permit must
* have acquired that permit by calling {@link #acquire}.
* Correct usage of a semaphore is established by programming convention
* in the application.
*/
public void release() {sync.releaseShared(1); // 开释一个许可资源
}2、该办法是调用其父类 AQS 的一个开释共享资源的基类办法；
releaseShared(int)
1、源码：
/**
* Releases in shared mode. Implemented by unblocking one or more
* threads if {@link #tryReleaseShared} returns true.
*
* @param arg the release argument. This value is conveyed to
* {@link #tryReleaseShared} but is otherwise uninterpreted
* and can represent anything you like.
* @return the value returned from {@link #tryReleaseShared}
*/
public final boolean releaseShared(int arg) {if (tryReleaseShared(arg)) { // 尝试开释共享锁资源，此办法由 AQS 的具体子类实现
doReleaseShared(); // 自旋操作，唤醒后继结点
return true;
}
return false;
}2、releaseShared 次要是进行共享锁资源开释，如果开释胜利则唤醒队列期待的结点，如果失败则返回 false，由下层调用方决定如何解决；
tryReleaseShared(int)
1、源码：
// NonfairSync 和 FairSync 的父类 Sync 类的 tryReleaseShared 办法
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {for (;;) { // 自旋的死循环操作形式
int current = getState(); // 获取最新的共享锁资源值
int next = current + releases; // 对许可数量进行加法操作
// int 类型值小于 0，是因为该 int 类型的 state 状态值溢出了，溢出了的话那得阐明这个锁有多难开释啊，可能出问题了
if (next < current) // overflow
throw new Error("Maximum permit count exceeded");
if (compareAndSetState(current, next)) //
return true; // 返回胜利标记，通知下层该线程曾经开释了共享锁资源
}
}2、tryReleaseShared 次要通过 CAS 操作对 state 锁资源进行加法操作，腾出多余的共享锁资源供其它线程竞争；
doReleaseShared()
1、源码：
/**
* Release action for shared mode -- signals successor and ensures
* propagation. (Note: For exclusive mode, release just amounts
* to calling unparkSuccessor of head if it needs signal.)
*/
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 (;;) { // 自旋的死循环操作形式
Node h = head; // 每次都是取出队列的头结点
if (h != null && h != tail) { // 若头结点不为空且也不是队尾结点
int ws = h.waitStatus; // 那么则获取头结点的 waitStatus 状态值
if (ws == Node.SIGNAL) { // 若头结点是 SIGNAL 状态则意味着头结点的后继结点须要被唤醒了
// 通过 CAS 尝试设置头结点的状态为空状态，失败的话，则持续循环，因为并发有可能其它中央也在进行开释操作
if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
continue; // loop to recheck cases
unparkSuccessor(h); // 唤醒头结点的后继结点
}
// 如头结点为空状态，则把其改为 PROPAGATE 状态，失败的则可能是因为并发而被改变过，则再次循环解决
else if (ws == 0 &&
!compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
continue; // loop on failed CAS
}
// 若头结点没有产生什么变动，则阐明上述设置曾经实现，功败垂成，功成身退
// 若产生了变动，可能是操作过程中头结点有了新增或者啥的，那么则必须进行重试，以保障唤醒动作能够连续传递
if (h == head) // loop if head changed
break;
}
}2、doReleaseShared 次要是开释共享许可，然而最重要的目标还是保障唤醒后继结点的传递，来让这些线程开释他们所持有的信号量；
总结
1、在剖析了 AQS 之后，再来剖析 Semaphore 是不是变得比较简单了；
2、在这里我简要总结一下 Semaphore 的流程的一些个性：• 治理一系列许可证，即 state 共享资源值；• 每 acquire 一次则 state 就减 1 一次，直到许可证数量小于 0 则阻塞期待；• 开释许可的时候要保障唤醒后继结点，以此来保障线程开释他们所持有的信号量；• 是 Synchronized 的升级版，因为 Synchronized 是只有一个许可，而 Semaphore 就像开了挂一样，能够有多个许可；