信号量Semaphore用于控制并发访问资源的线程数，通过acquire()获取许可、release()释放许可，支持公平与非公平模式，常用于限流、资源池等场景，需注意异常时释放许可以避免泄漏。
Semaphore（信号量）是Java并发包java.util.concurrent中提供的一个同步工具，用来控制同时访问某一资源的线程数量。它通过维护一组许可（permits）来实现：线程在访问资源前必须先获取许可，使用完后释放许可。如果当前没有可用许可，线程将被阻塞，直到有其他线程释放许可为止。
1. 基本概念与构造方法
Semaphore有两种模式：公平和非公平。
- 公平模式：线程按照请求顺序获取许可，先进先出。
- 非公平模式：允许插队，性能更高但可能造成某些线程长时间等待。
创建Semaphore时指定许可数量和是否公平：
// 允许最多3个线程并发访问，非公平模式 Semaphore semaphore = new Semaphore(3); // 公平模式 Semaphore fairSemaphore = new Semaphore(3, true);
2. acquire() 和 release() 方法的使用
控制并发的核心是acquire()和release()方法：
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- acquire()：尝试获取一个许可，如果没有可用许可，线程会阻塞。
- acquire(int n)：获取n个许可，常用于批量操作。
- release()：释放一个许可，将其返还给信号量。
- release(int n)：释放n个许可。
示例：限制数据库连接池最多3个连接
class DatabaseConnection {
private final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
public void connect() throws InterruptedException {
semaphore.acquire(); // 获取许可
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 正在使用数据库连接");
Thread.sleep(2000); // 模拟操作
} finally {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放连接");
semaphore.release(); // 释放许可
}
}
}
3. 实际应用场景举例
Semaphore适合用于资源有限的场景：
- 限制并发线程数，防止系统过载。
- 模拟资源池（如连接池、线程池）。
- 控制对硬件设备的访问（如打印机、传感器）。
测试代码：
public class SemaphoreDemo {
public static void main(String[] args) {
DatabaseConnection db = new DatabaseConnection();
for (int i = 1; i <= 5; i++) {
new Thread(() -> {
try {
db.connect();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}, "Thread-" + i).start();
}
}
}
输出会显示每次最多只有3个线程能同时执行connect()方法。
4. 注意事项与最佳实践
使用Semaphore时要注意以下几点：
- 确保release()在finally块中调用，避免因异常导致许可未释放。
- 不要在没有acquire()的情况下调用release()，否则可能导致许可数超过初始值。
- acquire()可能被中断，需处理InterruptedException。
- 若只需互斥锁，考虑使用ReentrantLock；若限流，并发控制，Semaphore更合适。
基本上就这些。Semaphore是一个轻量且有效的并发控制工具，合理使用可以很好地保护共享资源不被过度访问。
