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关于用信号量Semaphore实现互斥锁Mutex

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本文探讨用信号量Semaphore实现互斥锁Mutex的问题。

作者：袁乐天 来源：CSDN 2008年3月19日

关键字： 互斥锁 信号量 java

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 在Doug lea的那本著名的《Java并发编程—设计原则与模式》，英文名"Concurrent Programming in Java™: Design Principles and Patterns, Second Edition"，书中提到可以用信号量Semaphore实现互斥锁Mutex。虽然java中是通过synchronize关键字提供锁，并用这个基础设施实现信号量的。在有的系统中只有信号量这一原语，锁是通过信号量实现的。代码如下：
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class Mutex {
     private Semaphore s = new Semaphore(1);

     public void acquire() throws InterruptedException {
      s.acquire();
     }
    public void release(){
      s.release();
     }
    public boolean attempt(int ms) throws InterruptedException {
      return s.tryAcquire(ms);
     }
}

上面的代码只能在java5中编译通过，因为Semaphore是在java5中才提供的。我在读上面的代码时有疑问。因为如果错误的连续调用release两次，然后两个线程都调用acquire，岂不是这两个线程都可以同时运行，从而违背了互斥锁的定义？为了证明我的猜测，写了如下的代码：

public class TestMutex {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        Mutex mutex=new Mutex();
        mutex.acquire();
        mutex.release();
        mutex.release();
        new MyThread(mutex).start();
        new MyThread(mutex).start();
    }

}

class MyThread extends Thread{
    private Mutex mutex;

    public MyThread(Mutex mutex) {
        this.mutex=mutex;
    }

    public void run(){
        try {
            mutex.acquire();
        } catch (InterruptedException e1) {
            throw new RuntimeException(e1);
        }
        for(int i=0;i<10;i++){
            System.out.print(i);
            if(i%3==0){
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        mutex.release();
    }
}

 该程序的输出如下：
00123123456456789789
从而证实了我的猜测。

作为对比，下面是采用synchronized关键字的互斥锁方案：

public class TestLock {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        new MyThread2().start();
        new MyThread2().start();
    }

}

class MyThread2 extends Thread{
    public void run(){
        synchronized(TestLock.class){
            for(int i=0;i<10;i++){
                System.out.print(i);
                if(i%3==0){
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

该程序的输出如下：
01234567890123456789
可见两个线程确实互斥运行。

这个问题产生的原因是虽然在Mutex的定义中"private Semaphore s = new Semaphore(1)"，也就是该信号量的初始permits是1，但是在此后每次调用release方法都会导致permits加一。如果能限制permits最大值1，最小值0，那就是真正的Mutex了。
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