JDK 源码中怎么剖析 Semaphore 的共享锁获取与释放过程

陌萱大大_2964

陌萱大大_2964

2026-08-10

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原创

semaphore共享锁基于aqs共享模式实现,核心是state原子操作与线程排队:acquire()触发tryacquireshared()尝试获取许可,返回≥0则成功并唤醒后继;release()调用tryreleaseshared()释放许可并传播唤醒。

jdk 源码中怎么剖析 semaphore 的共享锁获取与释放过程

Semaphore 的共享锁获取与释放过程,本质上是基于 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的 共享模式 实现的,核心在于对 AQS 内部状态变量 state 的原子操作和线程排队机制。剖析时需聚焦 Sync 子类、tryAcquireShared / tryReleaseShared 方法,以及公平性逻辑差异。

共享锁获取:acquire() → tryAcquireShared()

调用 acquire() 后,最终进入 AQS 的 acquireSharedInterruptibly(),再委托给子类实现的 tryAcquireShared(int acquires)。该方法决定是否能成功获取许可:

  • 返回值 ≥ 0 表示获取成功,AQS 会继续唤醒后续共享节点;
  • 返回值

关键逻辑在 Sync 的两个子类中:

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  • 非公平模式(NonfairSync):直接尝试 CAS 修改 state(即许可数),不检查队列是否有等待者。只要剩余许可足够,就立即更新成功;
  • 公平模式(FairSync):先调用 hasQueuedPredecessors() 判断队列头部是否有其他等待线程,若有则直接返回 -1(失败),避免插队;只有队列为空或当前线程是队首时,才执行 CAS。

共享锁释放:release() → tryReleaseShared()

release() 调用 AQS 的 releaseShared(),进而触发子类重写的 tryReleaseShared(int releases)。该方法负责安全地增加许可数:

  • 使用无限循环 + CAS 原子更新 state,防止并发 release 导致计数错误;
  • 成功后返回 true,AQS 会唤醒队列中等待的共享节点(即阻塞的 acquire 线程);
  • 注意:release 不校验调用线程是否曾 acquire 过,也不限制释放数量——可超额释放(如 state=2 时 release(5),state 变为 7),这与 ReentrantLock 严格配对不同。

state 的语义与边界处理

state 在 Semaphore 中纯粹表示“可用许可数”,初始值由构造参数 permits 设定:

  • acquire 时:执行 state = state - acquires,若结果
  • release 时:执行 state = state + releases,无上限(除非溢出,但实践中极少发生);
  • 不区分线程身份——同一线程多次 acquire 会持续减少 state,多次 release 会持续增加,不具备重入性。

阻塞与唤醒的协作机制

当 acquire 失败时,线程被封装为 Node 加入 AQS 同步队列,以共享模式(Node.SHARED)入队;release 成功后,AQS 遍历队列,从头开始唤醒所有标记为 SHARED 的连续节点(即支持“传播唤醒”),确保多个等待线程能依次获取许可。这种设计天然适配“一批资源供多线程争用”的场景,比如限流、连接池控制。

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