Semaphore 是 Java 并发包 ( java.util.concurrent ) 中的一个重要同步工具，用于控制对共享资源的并发访问线程数量。

基本概念

Semaphore（信号量）维护了一组许可证（permits），线程可以通过 Semaphore 来获取和释放许可证，从而控制对资源的访问。

核心特性

1. 限制并发数：控制同时访问特定资源的线程数量
2. 公平性选择：支持公平和非公平模式
3. 可中断：支持可中断的获取操作
4. 尝试获取：支持尝试获取和超时获取

基本用法

1. 创建 Semaphore

// 创建具有10个许可证的信号量（非公平模式）

Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

// 创建具有10个许可证的信号量（公平模式）

Semaphore fairSemaphore = new Semaphore(10, true);

2. 获取许可证

// 获取一个许可证（阻塞直到获取到或线程被中断）

semaphore.acquire();

// 获取多个许可证

semaphore.acquire(3);

// 尝试获取许可证（非阻塞）

boolean acquired = semaphore.tryAcquire();

// 尝试获取许可证（带超时）

boolean acquired = semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS);

3. 释放许可证

// 释放一个许可证

semaphore.release();

// 释放多个许可证

semaphore.release(3);

实际应用示例

1. 限制数据库连接池

public class ConnectionPool {

private final Semaphore semaphore;

private final List<Connection> connections;

public ConnectionPool(int poolSize) {

this.semaphore = new Semaphore(poolSize);

this.connections = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());

// 初始化连接池...

}

public Connection getConnection() throws InterruptedException {

semaphore.acquire();

return connections.remove(0);

}

public void releaseConnection(Connection conn) {

connections.add(conn);

semaphore.release();

}

}

2. 控制资源访问

// 限制同时只有5个线程可以访问某资源

Semaphore semaphore = new Semaphore(5);

void accessResource() throws InterruptedException {

semaphore.acquire();

try {

// 访问共享资源

} finally {

semaphore.release();

}

}

重要方法

方法 描述

acquire() 获取一个许可证，阻塞直到可用或线程被中断

acquire(int permits) 获取指定数量的许可证

acquireUninterruptibly() 不可中断地获取许可证

tryAcquire() 尝试获取许可证，立即返回成功或失败

tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) 尝试获取许可证，带超时

release() 释放一个许可证

release(int permits) 释放指定数量的许可证

availablePermits() 返回当前可用的许可证数量

drainPermits() 获取并返回所有立即可用的许可证

hasQueuedThreads() 查询是否有线程正在等待获取许可证

getQueueLength() 返回等待获取许可证的线程数

注意事项

1. 许可证数量：创建时可以指定初始许可证数量，但实际数量可以超过初始值（通过 release() 增加）
2. 公平性：公平模式下，线程按 FIFO 顺序获取许可证；非公平模式下可能插队
3. 异常处理：acquire() 方法可能抛出 InterruptedException
4. 释放次数：释放的许可证数量不必与获取的数量相同，但要小心不要过度释放
5. 与锁的区别：Semaphore 可以允许多个线程访问，而锁通常只允许一个

底层实现

Semaphore 基于 AQS (
AbstractQueuedSynchronizer) 实现：

• 许可证数量对应 AQS 的状态值(state)
• 获取许可证相当于减少 state
• 释放许可证相当于增加 state
• 当 state ≤ 0 时，获取操作需要排队等待

Semaphore 是 Java 并发编程中非常有用的工具，特别适合资源池、限流等场景。

爱学习的小伙伴，更对精彩，关注不迷路哟～