先做总结：
1、Semaphore是什么？
Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。
把它比作是控制流量的红绿灯，比如XX马路要限制流量，只允许同时有一百辆车在这条路上行使，其他的都必须在路口等待，所以前一百辆车会看到绿灯，可以开进这条马路，后面的车会看到红灯，不能驶入XX马路，但是如果前一百辆中有五辆车已经离开了XX马路，那么后面就允许有5辆车驶入马路，这个例子里说的车就是线程，驶入马路就表示线程在执行，离开马路就表示线程执行完成，看见红灯就表示线程被阻塞，不能执行。
2、Semaphore实现原理：
（1）semaphore实际是允许count个线程同时获取的共享锁。（semaphore = new Semaphore(count); 通过AQS实现，count即state）
（2）semaphore.acquire(); 获取semaphore的锁，
state>0：还有数量，可以获取锁，state - 1；
state<=0：线程数量已满，不能获取锁，需要将线程挂起并放入等待队列；
（3）semaphore.release(); 释放semaphore的锁，就是将 state+1 释放成功后，唤醒同步队列中的线程
一、应用举例
/** * 为了简单起见我们假设停车场仅有5个停车位，一开始停车场没有车辆所有车位全部空着，然后先后到来三辆车，停车场车位够，安排进去停车。 * 然后又来三辆，这个时候由于只有两个停车位，所有只能停两辆，其余一辆必须在外面候着，直到停车场有空车位。 * 当然以后每来一辆都需要在外面候着。当停车场有车开出去，里面有空位了，则安排一辆车进去（至于是哪辆 要看选择的机制是公平还是非公平）。 * * 从程序角度看，停车场就相当于信号量Semaphore，其中许可数为5，车辆就相对线程。 * 当来一辆车时，许可数就会减 1 ，当停车场没有车位了（许可书 ==0 ），其他来的车辆需要在外面等候着。 * 如果有一辆车开出停车场，许可数 + 1，然后放进来一辆车。 */ class SemaphoreTest { static class Parking { // 信号量 private Semaphore semaphore; Parking(int count) { semaphore = new Semaphore(count); } public void park() { try { // 获取信号量 semaphore.acquire(); long time = (long) (Math.random() * 10); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入停车场，停车" + time + "秒..."); Thread.sleep(time); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开出停车场..."); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { semaphore.release(); } } } static class Car extends Thread { Parking parking; Car(Parking parking) { this.parking = parking; } @Override public void run() { parking.park(); // 进入停车场 } } public static void main(String[] args) { Parking parking = new Parking(3); for (int i = 0; i < 5; i++) { new Car(parking).start(); } } /** 输出结果 * Thread-1进入停车场，停车2秒... * Thread-2进入停车场，停车5秒... * Thread-0进入停车场，停车3秒... * Thread-1开出停车场... * Thread-3进入停车场，停车0秒... * Thread-3开出停车场... * Thread-4进入停车场，停车0秒... * Thread-4开出停车场... * Thread-0开出停车场... * Thread-2开出停车场... */ }
二、类结构
public class Semaphore implements java.io.Serializable { private final Sync sync; abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {} static final class FairSync extends Sync {} static final class NonfairSync extends Sync {} }
三、原理解析
// new Semaphore(count),将AQS的state设置成许可数量count semaphore = new Semaphore(count); public Semaphore(int permits) { sync = new NonfairSync(permits); } Sync(int permits) { setState(permits); }
/** * 获取semaphore的锁， * 获取到锁就可以继续操作，没有获取到锁就进入同步队列挂起 */ semaphore.acquire(); public final void acquireSharedInterruptibly(int arg) throws InterruptedException { if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException(); if (tryAcquireShared(arg) < 0) doAcquireSharedInterruptibly(arg); } /** * state>0:还有数量，可以获取锁 * state<=0:线程数量已满，不能获取锁，需要将线程挂起 */ final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) { for (;;) { int available = getState(); int remaining = available - acquires; if (remaining < 0 || compareAndSetState(available, remaining)) return remaining; } }
/** * 释放semaphore的锁，就是将state+1 * 释放成功后，唤醒同步队列中的下一个线程 */ semaphore.release(); public void release() { sync.releaseShared(1); } public final boolean releaseShared(int arg) { if (tryReleaseShared(arg)) { doReleaseShared(); return true; } return false; } 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; } }