揭秘 Java 并发神器：Semaphore 源码剖析

前言

在 Java 并发编程的浩瀚世界中，Semaphore 犹如一颗璀璨的明珠，以其独到的并发控制能力著称。今天，让我们踏上一段探索之旅，深入剖析 Semaphore 的源码，揭开其背后的运作机制。

Semaphore 的本质

Semaphore，直译为信号量，是一种同步机制，用来限制对共享资源的并发访问。它通过一个非负整数（称为许可证）来表示资源的可用性。当许可证数量为正时，表示资源可用；当许可证数量为零时，表示资源已被占用。

Semaphore 源码结构

Semaphore 位于 java.util.concurrent 包中，其源码结构主要分为三个内部类：

• Sync ：Semaphore 的非公平实现，即许可证的获取不会考虑请求的顺序。
• NonfairSync ：Semaphore 的公平实现，即许可证的获取会考虑请求的顺序，先请求的先获取。
• FairSync ：Semaphore 的公平实现，比 NonfairSync 效率稍低。

Sync 类

Sync 类是 Semaphore 的非公平实现。它包含以下字段属性：

• state ：Semaphore 的许可证数量。
• queue ：一个 FIFO 队列，用来存储等待获取许可证的线程。

Sync 类提供了以下构造方法：

• Sync(int permits) ：创建一个新的 Semaphore，初始化许可证数量为 permits。

Sync 类还提供了以下方法：

• acquire() ：获取一个许可证，如果许可证不足，则当前线程会阻塞。
• release() ：释放一个许可证。
• hasQueuedThreads() ：检查是否有线程正在等待获取许可证。

NonfairSync 类

NonfairSync 类是 Semaphore 的公平实现。它包含以下字段属性：

• state ：Semaphore 的许可证数量。
• tail ：指向等待队列尾部的节点。
• head ：指向等待队列头部的节点。

NonfairSync 类提供了以下构造方法：

• NonfairSync(int permits) ：创建一个新的 Semaphore，初始化许可证数量为 permits。

NonfairSync 类还提供了以下方法：

• acquire() ：获取一个许可证，如果许可证不足，则当前线程会阻塞。
• release() ：释放一个许可证。
• hasQueuedThreads() ：检查是否有线程正在等待获取许可证。

FairSync 类

FairSync 类是 Semaphore 的公平实现，其效率稍低于 NonfairSync 类。它包含以下字段属性：

• state ：Semaphore 的许可证数量。
• tail ：指向等待队列尾部的节点。
• head ：指向等待队列头部的节点。

FairSync 类提供了以下构造方法：

• FairSync(int permits) ：创建一个新的 Semaphore，初始化许可证数量为 permits。

FairSync 类还提供了以下方法：

• acquire() ：获取一个许可证，如果许可证不足，则当前线程会阻塞。
• release() ：释放一个许可证。
• hasQueuedThreads() ：检查是否有线程正在等待获取许可证。

结语

Semaphore 的源码分析是一趟深入 Java 并发编程核心的旅程。通过剖析 Sync、NonfairSync 和 FairSync 类的实现，我们了解了 Semaphore 如何通过许可证机制来控制并发访问。这些知识对于掌握 Java 并发编程至关重要，它使我们能够构建高性能、可伸缩的并发应用程序。