深入理解Semaphore原理

                                    深入理解Semaphore原理

 一、简述

      Semaphore是计数信号量。Semaphore管理一系列许可证。每个acquire方法阻塞，直到有一个许可证可以获得然后拿走一个许可证；每个release方法增加一个许可证，这可能会释放一个阻塞的acquire方法。然而，其实并没有实际的许可证这个对象，Semaphore只是维持了一个可获得许可证的数量。 

Semaphore经常用于限制获取某种资源的线程数量。下面举个例子，比如说操场上有5个跑道，一个跑道一次只能有一个学生在上面跑步，一旦所有跑道在使用，那么后面的学生就需要等待，直到有一个学生不跑了。

在信号量上定义两种操作： acquire（获取） 和 release（释放）。当一个线程调用acquire操作时，它要么通过成功获取信号量（信号量减1），要么一直等下去，直到有线程释放信号量，或超时。release（释放）实际上会将信号量的值加1，然后唤醒等待的线程。

信号量主要用于两个目的，一个是用于多个共享资源的互斥使用，另一个用于并发线程数的控制。

在学习Semaphore之前我们可以先对同步器进行学习，这样有助于我们学习Semaphore
传送门：

深入理解AQS（AbstractQueuedSynchronizer）

深入理解CountDownLatch原理

深入理解ReentrantLock原理

深入理解CyclicBarrier原理

 二、源码解析

 Semaphore总共有三个内部类，并且三个内部类是紧密相关的，下面先看三个类的关系。

说明：Semaphore与ReentrantLock的内部类的结构相同，类内部总共存在Sync、NonfairSync、FairSync三个类，NonfairSync与FairSync类继承自Sync类，Sync类继承自AbstractQueuedSynchronizer抽象类。下面逐个进行分析。

2.1、Sync类

  Sync类的源码如下：

// 内部类，继承自AQS
    abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        // 版本号
        private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;
        
        // 构造函数
        Sync(int permits) {
            // 设置状态数
            setState(permits);
        }
        
        // 获取许可
        final int getPermits() {
            return getState();
        }
 
        // 共享模式下非公平策略获取
        final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
            for (;;) { // 无限循环
                // 获取许可数
                int available = getState();
                // 剩余的许可
                int remaining = available - acquires;
                if (remaining < 0 ||
                    compareAndSetState(available, remaining)) // 许可小于0或者比较并且设置状态成功
                    return remaining;
            }
        }
        
        // 共享模式下进行释放
        protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
            for (;;) { // 无限循环
                // 获取许可
                int current = getState();
                // 可用的许可
                int next = current + releases;
                if (next < current) // overflow
                    throw new Error("Maximum permit count exceeded");
                if (compareAndSetState(current, next)) // 比较并进行设置成功
                    return true;
            }
        }
 
        // 根据指定的缩减量减小可用许可的数目
        fi