Java 中 Semaphore 内部如何维护并发许可的计数器

冬磊酱_5753

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2026-08-17

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原创

semaphore内部用aqs的volatile state字段表示可用许可数,初始化设为permits值;acquire()通过cas原子减1,release()原子加1;state为0时线程入队等待,全程无锁依赖cas保证线程安全。

java 中 semaphore 内部如何维护并发许可的计数器

Java 中 Semaphore 内部通过 AQS(AbstractQueuedSynchronizer)的 state 字段 来维护并发许可的计数器。

这个 state 是一个 volatile int,直接代表当前可用许可证(permits)的数量。所有对许可的获取与释放操作,本质上都是对 state 的原子性更新。

  • acquire() 调用时,尝试将 state 减去请求的许可数(比如 1);
    若减后结果 ≥ 0,表示获取成功,state 更新完成;
    若减后为负数,说明许可不足,当前线程会被挂起,加入 AQS 同步队列等待。

  • release() 调用时,直接将 state 加上释放的许可数(比如 1),并唤醒等待队列中可能阻塞的线程。

整个过程由 AQS 提供的 CAS(Compare-And-Swap)操作保障线程安全,无需额外加锁。

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关键细节

该计数器不是独立变量,而是复用 AQS 的核心状态字段 —— 这意味着 Semaphore 的实现轻量、高效,且与 ReentrantLock、CountDownLatch 等共享同一套同步基础设施。

公平性如何影响计数器行为?

公平性不改变计数器本身的逻辑,只影响线程获取许可的顺序:

  • 非公平模式(默认):新线程可直接尝试 CAS 修改 `state`,可能“插队”已排队线程
  • 公平模式:线程必须先检查同步队列是否有等待者;若有,则放弃抢夺,主动入队,严格按 FIFO 分配许可

计数器可以为负数吗?

可以,但仅在中间计算过程中短暂出现(如 `acquire(5)` 时 `state=2`,则 `2−5 = −3`),此时获取失败,线程阻塞。实际存储的 `state` 值始终为非负整数 —— 因为只有获取成功或释放操作才会真正写回 `state`。

初始化时的计数器值

构造 `Semaphore(n)` 时,AQS 的 `state` 就被设为 `n`;传入 `0` 表示初始无许可,所有 `acquire()` 都会阻塞,直到有线程调用 `release()`。

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