Java闸门计数放行程序：如何实现排队顺序锁公平性？

一、改写Synchronized版本实现公平性 #

原代码使用的synchronized内置锁默认是非公平的，无法保证等待线程的获取顺序——对应业务场景就是先排队的人可能无法优先进入。要实现公平性，需要改用显式公平锁ReentrantLock(true)，它会严格按照线程等待的FIFO顺序分配锁，从而保障排队人员的顺序公平性。

修正后的代码：

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LineCount {
    private int totalInLine = 0;
    // 初始化公平锁，保证等待线程按先后顺序获取锁
    private final ReentrantLock fairLock = new ReentrantLock(true);

    public void addToLine() {
        fairLock.lock();
        try {
            totalInLine++;
            if (totalInLine == 5) {
                System.out.println("People may enter");
                totalInLine = 0;
            }
        } finally {
            fairLock.unlock();
        }
    }
}

二、现有Semaphore版本的问题及修正 #

你提供的Semaphore实现存在几个致命问题：

1. 重新创建Semaphore导致线程永久阻塞：当执行semaphore = new Semaphore(5, true)时，已经调用acquire()但未完成操作的线程会持有旧的Semaphore实例，后续无法被唤醒，造成永久等待。
2. availablePermits()判断非线程安全：多线程环境下，线程A调用acquire()后，线程B可能立刻也完成acquire()，此时线程A判断availablePermits() == 0的结果已经失效，会导致逻辑混乱（比如重复输出提示）。
3. 冗余操作无意义：释放全部许可后重新创建Semaphore完全没必要，反而破坏了Semaphore的状态一致性。

修正后的Semaphore版本（兼顾公平性和业务逻辑）：

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class LineCount {
    // 公平Semaphore，保证线程按排队顺序获取许可
    private final Semaphore semaphore = new Semaphore(5, true);
    // 原子计数器，安全统计排队人数
    private final AtomicInteger lineCount = new AtomicInteger(0);

    public void addToLine() throws InterruptedException {
        semaphore.acquire();
        try {
            int current = lineCount.incrementAndGet();
            if (current == 5) {
                System.out.println("People may enter");
                lineCount.set(0);
                // 释放所有许可，允许下一批5人排队
                semaphore.release(5);
            }
        } catch (Exception e) {
            // 异常时释放当前许可，避免许可泄漏
            semaphore.release();
            throw e;
        }
    }
}

修正逻辑说明： #

• 用AtomicInteger保证计数操作的原子性，避免多线程下的计数错误；
• 公平Semaphore确保线程按FIFO顺序获取许可，对应业务场景中排队人员的先后顺序；
• 不再重新创建Semaphore实例，维持Semaphore状态的一致性；
• 增加异常处理，防止许可泄漏导致后续线程无法获取许可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mattsmith5