Java 标准库 API 系列之 Semaphore

Semaphore 是一种经典的同步工具，用于控制并发线程数，它可以保证在同一时间内只有一定数量的线程能够访问某个资源，从而避免线程间的竞争和冲突。

Semaphore 有两个核心概念：

1. 许可证（Permit）：表示可用的访问权限数量，Semaphore 内部维护了一个许可证池，初始时可以设置许可证的数量。
2. 信号量（Semaphore）：表示一个计数器，当线程想要访问某个资源时，必须先从 Semaphore 中获取一个许可证，然后才能访问资源；当线程使用完资源后，必须释放许可证，以便其他线程可以访问资源。

Semaphore 的使用方式如下：

1. 创建 Semaphore 对象，指定许可证数量。
2. 在需要访问共享资源的线程中，调用 acquire() 方法获取许可证。
3. 线程使用共享资源。
4. 在共享资源使用完毕后，调用 release() 方法释放许可证。

听起来有点像操作系统里面信号量的概念，其实本质是一样的，不过操作系统层面的信号量是作用于进程与进程之间的同步，java 里面的信号量是线程与线程之间的同步。

下面是一个简单的示例代码，使用 Semaphore 控制了同时执行的线程数目：

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3); // 许可证数量为3

        // 创建10个线程
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire(); // 获取许可证
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " acquire semaphore");
                    Thread.sleep(2000); // 模拟使用共享资源的时间
                    semaphore.release(); // 释放许可证
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release semaphore");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }).start();
        }
    }
}
​

在上面的示例中，创建了 10 个线程，但是许可证数量只有 3 个，因此同时最多只能有 3 个线程获取许可证，其他线程需要等待。每个线程获取到许可证后，会打印一条日志，表示成功获取许可证，然后等待 2 秒，模拟使用共享资源的时间，使用完资源后，会打印一条日志，表示成功释放许可证。

总之，Semaphore 是一种非常常用的同步工具，可以用于控制并发线程数，防止线程间的竞争和冲突，它的使用方式简单明了，非常适合于多线程编程。

它和锁的区别呢

Semaphore 和锁（比如 ReentrantLock）的区别在于，锁通常只允许一个线程同时访问共享资源，而 Semaphore 可以控制同时访问共享资源的线程数量，即可以允许多个线程同时访问。

另外，Semaphore 的许可证数量是可以动态调整的，而锁的访问数量是固定的。Semaphore 可以用于实现资源池等场景，而锁则更适用于互斥访问共享资源的场景。

使用场景

Semaphore 的主要应用场景是控制并发访问某些共享资源的线程数量，通常用于限流和保护资源。

例如，假设有一个公共资源，比如数据库连接池、线程池等，由于该资源的数量是有限的，为了防止过多的线程同时访问该资源导致资源竞争和性能下降，可以使用 Semaphore 来控制并发线程的数量。另外，Semaphore 也可以用于限制并发请求的数量，避免服务器过载。

另外，Semaphore 还可以用于实现生产者-消费者模型，其中生产者和消费者之间需要进行同步和协作，以避免出现数据竞争或者生产者和消费者之间的阻塞情况。Semaphore 可以用来控制生产者和消费者的访问数量，以保证生产者和消费者之间的同步和协作。