AQS 之 Semaphore 源码分析

1：Semaphore 基础

信号量:用来限制能同时访问共享资源的线程上限。
和锁不一样,锁只有一个共享资源;信号量的共享资源有多个,对访问的线程上限做限制。

作用：
可以做限流,只适合单机版,只限制线程数量,而不是限制资源数(tomcat 连接数)
可以作用于数据库连接池,享元模式下的,性能和可读性更好

2：创建信号量

Semaphore semaphore = new Semaphore(n);

   // 传入 int 数字，表示共享资源的数目
    public Semaphore(int permits) {
    
        // 进入NonfairSync(permits) 方法
        sync = new NonfairSync(permits);
    }

进入NonfairSync(permits) 方法

       NonfairSync(int permits) {
    
          // 调用父类的 NonfairSync（permits） 方法
            super(permits);
        }

调用父类的 NonfairSync（permits） 方法

        Sync(int permits) {
    
           // 将传入进来的数值设置成 state 的值，作为共享变量
            setState(permits);
        }

3：获取信号量

调用 acquire（）方法

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

进入 acquireSharedInterruptibly（1）方法

    public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
    
         // 如果线程被打断，抛出异常
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
          // 进入 tryAcquireShared（1） 方法
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireSharedInterruptibly(arg);
    }

进入 tryAcquireShared（1） 方法：
如果是公平锁，

        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    
            for (;;) {
    
                // 如果等待队列中有线程，返回-1，非公平锁多了这一步的检查
                if (hasQueuedPredecessors())
                    return -1;
                 // 获取 state 的数目 
                int available = getState();
                // state -1
                int remaining = available - acquires;
                // 如果< 0 ,表示共享资源已经被使用完成;返回-1
                // 如果 >0.cas 修改 state 的值，并返回 
                if (remaining < 0 ||
                    compareAndSetState(available, remaining))
                    return remaining;
            }
        }

如果是非公平锁

        protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    
            return nonfairTryAcquireShared(acquires);
        }

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

回到 acquireSharedInterruptibly（1）方法

    public final void acquireSharedInterruptibly(int arg)
            throws InterruptedException {
    
        if (Thread.interrupted())
            throw new InterruptedException();
          // tryAcquireShared（1） 返回剩余 state 的值, >=0 表示获取成功，线程继续向下运行
         //如果 < 0,进入 doAcquireSharedInterruptibly（1）方法，加入等待队列
        if (tryAcquireShared(arg) < 0)
            doAcquireSharedInterruptibly(arg);
    }

进入 doAcquireSharedInterruptibly（1）方法

    private void doAcquireSharedInterruptibly(int arg)
        throws InterruptedException {
    
        // 如果是第一个进入等待队列的线程，会先创建一个亚元线程作为头节点；当前线程节点加入等待队列作为尾节点
        final Node node = addWaiter(Node.SHARED);
        boolean failed = true;
        try {
    
            for (;;) {
    
               // 获得当前节点的前一个节点，且如果是头节点
                final Node p = node.predecessor();
                if (p == head) {
    
                 // 再次尝试获取锁
                    int r = tryAcquireShared(arg);
                 // 如果获取成功，当前节点设置为头节点
                    if (r >= 0) {
    
                        setHeadAndPropagate(node, r);
                        p.next = null; // help GC
                        failed = false;
                        return;
                    }
                }
                // shouldParkAfterFailedAcquire （）：如果获取锁失败，则将前一个节点的 waitStatus 从 0 变成 -1
                // parkAndCheckInterrupt() :使当前线程阻塞。如果当前线程被唤醒，会再次进入 for 循环竞争
                if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                    parkAndCheckInterrupt())
                    throw new InterruptedException();
            }
        } finally {
    
            if (failed)
                cancelAcquire(node);
        }
    }

3：释放信号量

调用 release（） 方法

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

进入 releaseShared(1) 方法

    public final boolean releaseShared(int arg) {
    
       // 进入 tryReleaseShared（1）方法
        if (tryReleaseShared(arg)) {
    
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }

进入 tryReleaseShared（1）方法

        protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
    
            for (;;) {
    
               // 进入循环，获取当前 state 的值
                int current = getState();
               // state 数值加 1
                int next = current + releases;
                if (next < current) // overflow
                    throw new Error("Maximum permit count exceeded");
                // cas 替换 state 的值，返回 true 
                if (compareAndSetState(current, next))
                    return true;
            }
        }

回到 releaseShared(1) 方法

    public final boolean releaseShared(int arg) {
    
       // tryReleaseShared（1）返回 true
        if (tryReleaseShared(arg)) {
    
            // 进入 doReleaseShared（） 方法
            doReleaseShared();
            return true;
        }
        return false;
    }

进入 doReleaseShared（） 方法

    private void doReleaseShared() {
    
        for (;;) {
    
            Node h = head;
            // 判断等待队列是否为空，且有除头节点以外的其他节点
            if (h != null && h != tail) {
    
                int ws = h.waitStatus;
                // 判断头结点的 waitStatus 是否为 -1
                if (ws == Node.SIGNAL) {
    
                    // cas 将头节点的 waitStatus 从 -1 变成 0
                    if (!compareAndSetWaitStatus(h, Node.SIGNAL, 0))
                        continue;            // loop to recheck cases
                    // 进入 unparkSuccessor（h） 方法
                    unparkSuccessor(h); 
                }
                else if (ws == 0 &&
                         !compareAndSetWaitStatus(h, 0, Node.PROPAGATE))
                    continue;                // loop on failed CAS
            }
            // 队列为空，且只有头节点，返回
            if (h == head)                   // loop if head changed
                break;
        }
    }

进入 unparkSuccessor（h） 方法

    private void unparkSuccessor(Node node) {
    
        int ws = node.waitStatus;
        // 头节点的 waitStatus 已经变成 0，不满足这个判断
        if (ws < 0)
            compareAndSetWaitStatus(node, ws, 0);
        // 获取头节点的后一个节点 
        Node s = node.next;
        if (s == null || s.waitStatus > 0) {
    
            s = null;
            for (Node t = tail; t != null && t != node; t = t.prev)
                if (t.waitStatus <= 0)
                    s = t;
        }
        // 存在的话，被唤醒，在 doAcquireSharedInterruptibly（） 方法的循环中继续尝试获取锁
        if (s != null)
            LockSupport.unpark(s.thread);
    }