Java中Semaphore的使用方法

# Java中Semaphore的使用方法

## 一、Semaphore概述

Semaphore（信号量）是Java并发包(`java.util.concurrent`)中提供的一种同步工具，用于控制同时访问特定资源的线程数量。它通过维护一组"许可证"（permits）来实现资源访问的限制，常用于流量控制、资源池管理等场景。

### 核心特性：
- **计数信号量**：允许指定数量的线程同时访问资源
- **公平性选择**：支持公平/非公平模式
- **可中断**：支持线程在等待许可证时被中断
- **动态调整**：运行时可以增减许可证数量

## 二、基本使用方法

### 1. 创建Semaphore

```java
// 创建具有10个许可证的非公平信号量
Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

// 创建具有5个许可证的公平信号量
Semaphore fairSemaphore = new Semaphore(5, true);

2. 获取许可证

// 阻塞方式获取1个许可证
semaphore.acquire();

// 尝试获取1个许可证（非阻塞）
boolean acquired = semaphore.tryAcquire();

// 带超时的获取方式
boolean acquired = semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS);

// 获取多个许可证
semaphore.acquire(3);

3. 释放许可证

// 释放1个许可证
semaphore.release();

// 释放多个许可证
semaphore.release(2);

三、典型应用场景

1. 资源池限制

class ConnectionPool {
    private final Semaphore semaphore;
    private final List<Connection> pool;
    
    public ConnectionPool(int size) {
        this.semaphore = new Semaphore(size);
        this.pool = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
        // 初始化连接池...
    }
    
    public Connection getConnection() throws InterruptedException {
        semaphore.acquire();
        return pool.remove(0);
    }
    
    public void releaseConnection(Connection conn) {
        pool.add(conn);
        semaphore.release();
    }
}

2. 生产者-消费者模型

Semaphore full = new Semaphore(0);    // 初始0个产品
Semaphore empty = new Semaphore(10);  // 缓冲区容量10

// 生产者
void produce() throws InterruptedException {
    empty.acquire();
    // 生产产品...
    full.release();
}

// 消费者
void consume() throws InterruptedException {
    full.acquire();
    // 消费产品...
    empty.release();
}

四、高级特性

1. 公平性控制

// 创建公平信号量（按FIFO顺序分配许可证）
Semaphore fairSemaphore = new Semaphore(5, true);

2. 动态调整许可证

// 减少许可证（不会影响已获取的许可证）
semaphore.reducePermits(2);

// 增加许可证（没有直接方法，可通过创建新Semaphore或释放额外许可证实现）

3. 查看状态

int available = semaphore.availablePermits();
int waiting = semaphore.getQueueLength();
boolean isFair = semaphore.isFair();

五、注意事项

1. 释放次数匹配：释放许可证次数不应超过获取次数，否则会导致许可证数量异常增加

   semaphore.acquire(3);
   semaphore.release(3);  // 必须匹配
   

2. 异常处理：在获取许可证时可能抛出InterruptedException，需要妥善处理

3. 死锁风险：当多个资源需要按固定顺序获取时，可能出现死锁情况

4. 性能考虑：公平模式会降低吞吐量，非公平模式可能导致线程饥饿

六、与其它同步工具对比

七、总结

Semaphore是Java并发编程中的重要工具，通过灵活的许可证机制实现对共享资源的有序访问。合理使用Semaphore可以： - 有效控制系统资源使用 - 避免资源竞争导致的性能下降 - 构建复杂的线程协作模型

在实际开发中，应根据具体场景选择合适的许可证数量和公平模式，并注意异常处理和资源释放的对称性，才能充分发挥Semaphore的并发控制能力。 “`