关于用信号量Semaphore完成互斥锁Mutex

本文探讨用信号量Semaphore实现互斥锁Mutex的问题

    在Doug lea的那本著名的《Java并发编程—设计原则与模式》，英文名"Concurrent Programming in Java™: Design Principles and Patterns, Second Edition "，书中提到可以用信号量Semaphore实现互斥锁Mutex。虽然java中是通过synchronize关键字提供锁，并用这个基础设施实现信号量的。在有的系统中只有信号量这一原语，锁是通过信号量实现的。代码如下：

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class Mutex ...{
     private Semaphore s = new Semaphore(1);

     public void acquire() throws InterruptedException ...{
      s.acquire();
     }
    public void release()...{
      s.release();
     }
    public boolean attempt(int ms) throws InterruptedException ...{
      return s.tryAcquire(ms);
     }
}

上面的代码只能在java5中编译通过，因为Semaphore是在java5中才提供的。我在读上面的代码时有疑问。因为如果错误的连续调用 release两次，然后两个线程都调用acquire，岂不是这两个线程都可以同时运行，从而违背了互斥锁的定义？为了证明我的猜测，写了如下的代码：

public class TestMutex ...{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException...{
        Mutex mutex=new Mutex();
        mutex.acquire();
        mutex.release();
        mutex.release();
        new MyThread(mutex).start();
        new MyThread(mutex).start();
    }

}

class MyThread extends Thread...{
    private Mutex mutex;

    public MyThread(Mutex mutex) ...{
        this.mutex=mutex;
    }

    public void run()...{
        try ...{
            mutex.acquire();
        } catch (InterruptedException e1) ...{
            throw new RuntimeException(e1);
        }
        for(int i=0;i<10;i++)...{
            System.out.print(i);
            if(i%3==0)...{
                try ...{
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) ...{
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        mutex.release();
    }
}

 该程序的输出如下：
00123123456456789789
从而证实了我的猜测。

作为对比，下面是采用synchronized关键字的互斥锁方案：

public class TestLock ...{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException...{
        new MyThread2().start();
        new MyThread2().start();
    }

}

class MyThread2 extends Thread...{
    public void run()...{
        synchronized(TestLock.class)...{
            for(int i=0;i<10;i++)...{
                System.out.print(i);
                if(i%3==0)...{
                    try ...{
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) ...{
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

该程序的输出如下：
01234567890123456789
可见两个线程确实互斥运行。

这个问题产生的原因是虽 然在Mutex的定义中"private Semaphore s = new Semaphore(1)"，也就是该信号量的初始permits是1， 但是在此后每次调用release方法都会导致permits加一。如果能限制permits最大值1，最小值0，那就是真正的Mutex了。