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• Semaphore 是什么
• Semaphore 如何使用
• Semaphore 实现原理
• 应用场景

Semaphore 是什么

Semaphore(信号量) 是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。

Semaphore 如何使用

我们模拟一个数据库连接池，池中连接需要根据实际情况控制并发连接。

• 获取连接时拿到一个许可。acquire 方法。
• 释放时归还许可。release 方法。

public abstract class SemaphoreExample {

    private final Object[] connections; // 数据库可用连接
    private final Semaphore available = new Semaphore(10, true); // 信号量

    // 控制访问数量的方式获取可用连接，达到访问数量最大值时，阻塞
    public Object getConnection() throws InterruptedException {
        available.acquire();
        return getNextAvailableConnection();
    }

    // 放回连接
    public void putConnection(Object x) {
        if (markAsUnused(x))
            available.release();
    }

    abstract Object getNextAvailableConnection();

    abstract boolean markAsUnused(Object connection);
}

Semaphore 还提供一些其他方法：

• intavailablePermits ：返回此信号量中当前可用的许可证数
• intgetQueueLength ：返回正在等待获取许可证的线程数
• booleanhasQueuedThreads ：是否有线程正在等待获取许可证
• reducePermits ：减少 reduction 个许可证
• getQueuedThreads ：返回所有等待获取许可证的线程集合

Semaphore 实现原理

因为 Semaphore 支持公平与非公平选择，内部实现机制为：

• 内部基于 AbstractQueuedSynchronizer（AQS）实现一个公平与非公平公共的父类 Sync ，用于管理同步状态
• Sync 主要使用共享式锁相关模板方法
• FairSync 继承 Sync 用于处理公平问题
• NonfairSync 继承 Sync 用于处理非公平问题

主要处理逻辑为：

• 初始化 Semaphore 后，同步状态值设置为许可数量
• 调用 acquire 方法后，许可数量 -1（同步状态值-1）
• 调用 release 方法后，许可数量 +1（同步状态值+1）

应用场景

• 流量控制，特别是公用资源有限的应用场景
• 控制线程执行顺序，比如初始化一个许可证数量为 0 的信号量，在其他条件未释放许可时永远不可执行。
• 可参考本专栏《LeetCode-xx（多线程）》相关练习题