并发编程之同步机制（一）：Semphore信号量

本文的目的是要分析信号量内部的实现流程，不深入信号量底层的实现细节AQS（将会有另外一篇文章分析），让读者能够理解信号量内部结构和调用流程。

Semaphore：内部持有一系列的许可（permit），acquire操作会被阻塞直到有足够多的许可可用，最后会占用这些许可；release操作会归还许可让阻塞的acquire操作获取。Semaphore作用是限制多线程同时正确某一资源（资源可以是某个对象，可以是某种行为，例如创建某一对象的权利，销毁某一对象的权利）。

从上面的定义，可以看到主要有几个概念：许可，获取，和释放。Semaphore信号量的作用显然就是维护许可，提供许可获取和释放功能。首先，我们可以想到许可是否可用，显然许可是具有一定状态的，例如0：代表不可用，1：代表可用等，那么Semaphore信号量是如何标识许可的状态特征的呢？

获取：肯定有个获取者（accquirer），获取者自身有以下特点：1）优先级不一样，有些高，有些低，就好比富人和穷人；2）获取者素质不太一样，有些获取者霸占许可一直不归还，有些获取者及时归还；3) 获取者有可能需要同时获取多个许可的需求；获取者在获取许可过程中显然也会有一些特点：1）获取者可能大量同时获取相同的许可，导致竞争非常激烈；2）获取者如果没有获取许可时一直等待，有些希望有许可时在通知他们；3）获取者获取并持有许可用，获取者死亡，那么许可怎么归还给Semaphore。

释放：获取者在释放过程中，相对来说就比较简单，只需要通知Semaphore，告诉不需要许可了即可。

因此，下面将从Semaphore，获取者和许可三者关系出发，分析三者之间的关系。

当我们创建Semaphore时，需要制定许可个数以及是否采用公平同步器，在Semaphore中，公正Semaphore是指当Semaphore中有获取许可操作时不允许当前获取许可操作成功，直接返回失败；不公平Semaphore则获取操作基于CAS机制不断操作处理，不分先后，这会导致后面的获取操作有可能先于前面操作获得许可，呈现不公平。

先看Semaphore结构，整体包括获取许可调用函数，超时获取许可调用函数，维护许可信息函数，和释放等操作。

首先分析acquire方法，该方法支持线程中断，一旦发生线程中断，直接跳出获取操作，向上抛出InterrputedException异常。

publicvoid
acquire()
throws InterruptedException {

    sync.acquireSharedInterruptibly(1);
}
进入sync.acquireSharedInterruptibly(integer)方法。首先及时校验Thread是否处于已中断状态，之后尝试获取许可，如果获取失败，进入阻塞获取流程（在这个循环中会不断检测线程是否发生中断）。

publicfinal void
acquireSharedInterruptibly(int
arg)

        throws InterruptedException {

    if (Thread.interrupted())

        throw new InterruptedException();

    if (tryAcquireShared(arg) < 0)

        doAcquireSharedInterruptibly(arg);
}
进入tryAcquire方法，该方法主要是获取信号量，不成功返回false，成功返回true，不阻塞，有明确结果返回。

publicboolean
tryAcquire() {

    return sync.nonfairTryAcquireShared(1) >=
0;
}
进入tryAcquire(int,long,TimeUint)方法，首先判断是否发生线程中断，如未发生中断则进入tryAcquireSharedNanos方法（该方法会首先获取一次许可，未获取许可则进入指定时间段内轮询）。

publicboolean
tryAcquire(int
permits, long
timeout,
TimeUnit unit)

    throws InterruptedException {

    if (permits <
0) throw new
IllegalArgumentException();

    return sync.tryAcquireSharedNanos(permits,
unit.toNanos(timeout));
}