Semaphore通过许可证机制限制并发线程数，初始化时设定许可数量，acquire()获取许可，release()释放许可，确保最多n个线程同时执行，适用于资源限流与连接池管理。
在Java多线程编程中，控制并发访问资源的线程数量是一个常见需求。Semaphore（信号量）是java.util.concurrent包中的一个同步工具类，能够有效限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）来实现这一功能：线程在执行前需要先获取许可，执行完成后释放许可，若没有可用许可，线程将被阻塞直到有其他线程释放。
理解Semaphore的基本机制
Semaphore初始化时指定许可数量，代表最多允许多少个线程同时访问临界区。其核心方法包括：
- acquire()：线程尝试获取一个许可，如果没有可用许可，则阻塞等待。
- acquire(int permits)：一次性获取多个许可。
- release()：释放一个许可，将其归还给信号量。
- release(int permits)：释放多个许可。
- tryAcquire()：非阻塞方式尝试获取许可，立即返回true或false。
使用公平模式（fair = true）可确保等待最久的线程优先获得许可，避免线程饥饿。
限制并发线程数的实际应用示例
假设我们有一个服务需要处理大量任务，但数据库连接池最多支持5个并发连接。我们可以用Semaphore来限制同时运行的任务数量。
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import java.util.concurrent.Semaphore;
public class TaskExecutor {
// 定义最多5个并发许可
private final Semaphore semaphore = new Semaphore(5);
public void executeTask(Runnable task) {
Thread thread = new Thread(() -> {
try {
// 获取许可，可能阻塞
semaphore.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行任务");
// 模拟任务执行
Thread.sleep(2000);
task.run();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 任务完成，释放许可");
// 释放许可
semaphore.release();
}
});
thread.start();
}
public static void main(String[] args) {
TaskExecutor executor = new TaskExecutor();
// 提交10个任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
executor.executeTask(() -> System.out.println("任务执行中..."));
}
}
}
在这个例子中，尽管创建了10个线程，但只有5个能同时运行，其余线程会等待前面的线程释放许可后才开始执行。
结合tryAcquire实现超时与降级策略
在高并发场景下，长时间阻塞可能影响系统响应。可以使用tryAcquire配合超时机制，提升系统的健壮性。
boolean acquired = semaphore.tryAcquire(3, TimeUnit.SECONDS);
if (acquired) {
try {
// 执行业务逻辑
} finally {
semaphore.release();
}
} else {
// 超时未获取到许可，执行降级逻辑，如返回缓存数据或提示繁忙
System.out.println("请求被拒绝，系统繁忙");
}
这种方式适用于对响应时间敏感的服务，比如接口限流或防止雪崩。
注意事项与最佳实践
Semaphore虽然强大，但使用时需要注意以下几点：
- 确保每次acquire()后都有对应的release()，建议放在finally块中，防止死锁或资源泄露。
- 合理设置许可数量，过小会限制吞吐量，过大则失去限流意义。
- 不要将Semaphore用于替代锁（如ReentrantLock），它不保证互斥访问，只控制并发数量。
- 在异步回调或多阶段任务中，要特别注意许可释放的时机，避免提前释放。
基本上就这些。Semaphore是一种轻量且灵活的并发控制工具，适合用于资源限流、连接池管理、任务节流等场景。只要掌握好获取与释放的配对逻辑，就能在实际项目中稳定发挥其作用。
