semaphore源码解析：信号量到底是个啥？

一、概述

semaphore，字面意思是信号量，官方的如下：

 
 * A counting semaphore.  Conceptually, a semaphore maintains a set of
 * permits.  Each {
   
   @link #acquire} blocks if necessary until a permit is
 * available, and then takes it.  Each {
   
   @link #release} adds a permit,
 * potentially releasing a blocking acquirer.
 * However, no actual permit objects are used; the {
   
   @code Semaphore} just
 * keeps a count of the number available and acts accordingly.
 *
 * Semaphores are often used to restrict the number of threads than can
 * access some (physical or logical) resource.

是不是感觉，这解释有点不接地气，又是信号量，又是许可啥的。

下面简单用一个场景来解释，一下子你就可以明白了。

比如说，某个银行大堂，只有三个办事窗口。

这时来了一堆人办业务，都被门口保安给拦住了。

保安说三个窗口，只让三个人进大堂。其它人只能在外边等着。

这时有个人办完业务，出来了。保安这时就放一个人进去。

总之，大堂里，最多只有三个人办理业务。

semaphore 的功能，和这个保安差不多，只让三个人进去。

其实 Semaphore 是 AQS 框架实现的，和 ReentrantLock 实现原理相似。

之前写过一篇《ReentrantLock 的源码分析》，如果看过，这篇就不用细看了。

二、示例代码

下面的代码，创建了 10 个线程，模拟 10 个线程抢 3 个许可的场景。

 public static void main(String[] args) throws Exception {
   
   
     Semaphore semaphore = new Semaphore(3,false);  // 创建三个许可
     CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(1);
     for(int i = 0; i < 10; i++){
   
   
         new Thread(() -> {
   
   
             try {
   
   
                 downLatch.await();
                 semaphore.acquire();  // 获取许可
                 int randomSecond = RandomUtil.randomInt(1, 10);
                 Thread.sleep(randomSecond);
                 log.info("当前线程名：{},占用窗口时间：{}，准备出来了。", Thread.currentThread().getName(),randomSecond);
                 semaphore.release(); // 解放许可
             } catch (InterruptedException e) {
   
   
                 e.printStackTrace();
             }
         }).start();
     }
     Thread.sleep(2000);
     log.info("-------10个线程创建完毕，准备开始抢位置了……");
     downLatch.countDown();

简单解释下代码

Semaphore semaphore = new Semaphore(3,false); 

这句和意思，是创建3个许可，即上面例子中，保安说，只有三个窗口，只让三个人进去。

另： 这里参数 false，影响不大，是公平模式还是非公平模式，后面再具体说。

semaphore.acquire(); 这句指使用一个许可。即上面例子中，某人占用了一个办事窗口。

如果执行这个方法时，许可用完了，即上面例子中，三个窗口都有人，那代码阻塞在这一行。

semaphore.release(); 指许可使用完了，归还许可。即上面例子中，一个人办完业务，出来了。

执行这个方法时，会唤醒被阻塞的线程，使其尝试去申请许可。

前面说过 Semaphore 是 AQS 框架的，结合下面的图，说说 Semaphore的实现原理。

new Semaphore(3,false)，即 state 设置为3，

semaphore.acquire(); 有两种情况，

1. state 大于 0，将 state 的值减 1，结束。（上面例子中，有空窗口，即有许可）
2. state 小于等于0，进入队列中，等待被唤醒。（上面例子中，没有空窗口，即无许可）

semaphore.release(); 将 state 值加1，并唤醒队列中第一个节点，让其去获取许可。

原理就这么点，也不复杂，是不是感觉，和 ReentrantLock 差不多呢？

确实差不多，都是有线程竞争时排队，都会限制访问某资源。

ReentrantLock 可以解决高并发问题，Semaphore 能解决高并发问题么？

不一定。new Semaphore(1,false)，当把这个参数设置为 1时，跟 ReentrantLock 就一模一样了。

其它情况下，就不一定了。

比如说上面银行大堂的例子，保安是只让三个人进来办业务，

假如第一个窗口，银行前台妹子特别漂亮。

这三个人都抢着去第一个窗口，保安不干涉这个。

即，Semaphore 可以限制资源访问，但不保证原子性。

三、源码解析

源码部分是比较枯燥的，上面解释的差不多可以应对面试了。下面的源码解释可以不用看哈。

1. 创建实例

Semaphore 类中有个内部类，Sync，该类继承了 AQS。

另外公平模式与非公平模式，各自是一个内部类，都继承了 Sync。

    abstract