Semaphore是訊號量，它的作用是控制多個允許。

打個比方，一個博物館有容納1000人的能力（Semaphore的允許是1000），假如1500人同時來參館，只有1000人能獲得允許入館（獲得鎖），其餘的500則需排隊（阻塞），直到館內的人離開（釋放鎖）才能放人入館。

1 如何使用

public class SemaphoreDemo {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            new Thread(new SemaphoreTest()).start();
        }

    }

    static
 
 class SemaphoreTest implements Runnable{
        public static Semaphore semaphore = new Semaphore(2, true);

        @Override
        public void run() {
            try {
                semaphore.acquire();
                System.out.println(Thread.currentThread() + " getting semaphore");
                Thread.sleep(1000
 
);
                System.out.println(Thread.currentThread() + " realsing semaphore");
                semaphore.release();
            } catch (Exception e) {

            }
        }
    }
}

程式輸出

Thread[Thread-1,5,main] getting semaphore
Thread[Thread-0,5,main] getting semaphore
Thread[Thread-0,5
 
,main] realsing semaphore
Thread[Thread-1,5,main] realsing semaphore
Thread[Thread-3,5,main] getting semaphore
Thread[Thread-2,5,main] getting semaphore
Thread[Thread-2,5,main] realsing semaphore
Thread[Thread-3,5,main] realsing semaphore

2 原始碼分析

Semaphore與ReetrantLock一樣有公平鎖與非公平鎖，ReetrantLock可以看成是Semaphore許可為1的特例，在實現中，Semaphore中的state代表可用的許可，在ReetrantLock中，state大於0代表執行緒重入的次數

2.1 非公平鎖

（1）獲取許可

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

remaining表示請求許可後的許可剩餘值，如果

• remaining < 0，許可不足，掛起執行緒，並且新增執行緒至排隊佇列
• remaining > 0，自旋嘗試更新state值，更新成功獲得許可

從程式碼可以看到，當一個執行緒申請許可時，無需判斷是否有執行緒在排隊佇列中，體現非公平性

（2）釋放許可

protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
    for (;;) {
        int current = getState();
        int next = current + releases;
        if (next < current) // overflow
            throw new Error("Maximum permit count exceeded");
        if (compareAndSetState(current, next))
            return true;
    }
}

自旋採用CAS演算法更新state狀態

2.2 公平鎖

（1）獲取許可

protected int tryAcquireShared(int acquires) {
    for (;;) {
        // 先判斷排隊佇列中是否為空
        if (hasQueuedPredecessors())
            return -1;
        int available = getState();
        int remaining = available - acquires;
        if (remaining < 0 ||
            compareAndSetState(available, remaining))
            return remaining;
    }
}

公平鎖的機制比非公平鎖多了判斷排隊佇列是否為空，如果有其他執行緒在排隊佇列中，則該執行緒也需轉入排隊佇列，體現公平性。

3 總結

• Semaphore是不可重入的，同一執行緒多次獲取Semaphore是會消耗許可的，例如一個Semaphore的許可為2，同一執行緒呼叫了3次acquire函式，該執行緒會被阻塞

參考