Java 信號量 Semaphore 介紹

Semaphore當前在多線程環境下被擴放使用，操作系統的信號量是個很重要的概念，在進程控制方面都有應用。Java 併發庫 的Semaphore 可以很輕鬆完成信號量控制，Semaphore可以控制某個資源可被同時訪問的個數，通過 acquire() 獲取一個許可，如果沒有就等待，而 release() 釋放一個許可。比如在Windows下可以設置共享文件的最大客戶端訪問個數。 

Semaphore實現的功能就類似廁所有5個坑，假如有10個人要上廁所，那麼同時只能有多少個人去上廁所呢？同時只能有5個人能夠佔用，當5個人中 的任何一個人讓開後，其中等待的另外5個人中又有一個人可以佔用了。另外等待的5個人中可以是隨機獲得優先機會，也可以是按照先來後到的順序獲得機會，這取決於構造Semaphore對象時傳入的參數選項。單個信號量的Semaphore對象可以實現互斥鎖的功能，並且可以是由一個線程獲得了“鎖”，再由另一個線程釋放“鎖”，這可應用於死鎖恢復的一些場合。

Semaphore維護了當前訪問的個數，提供同步機制，控制同時訪問的個數。在數據結構中鏈表可以保存“無限”的節點，用Semaphore可以實現有限大小的鏈表。另外重入鎖 ReentrantLock 也可以實現該功能，但實現上要複雜些。 

下面的Demo中申明瞭一個只有5個許可的Semaphore，而有20個線程要訪問這個資源，通過acquire()和release()獲取和釋放訪問許可。

public class TestSemaphore {
        public static void main(String[] args) {
            // 線程池
            ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();

            // 只能5個線程同時訪問
            final Semaphore semp = new Semaphore(5);

            // 模擬20個客戶端訪問
            for (int index = 0; index < 20; index++) {
                final int NO = index;
                Runnable run = new Runnable() {
                    public void run() {
                        try {
                            // 獲取許可
                            semp.acquire();
                            System.out.println("Accessing: " + NO);
//                            Thread.sleep((long) (Math.random() * 10000));
                            // 訪問完後，釋放
                            semp.release();
                            System.out.println("-----------------"+semp.availablePermits());
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                };
                exec.execute(run);
            }
            // 退出線程池
            exec.shutdown();
        }
}

結果如下：

 執行結果如下：

Accessing: 0

Accessing: 1

Accessing: 3

Accessing: 4

Accessing: 2

-----------------0

Accessing: 6

-----------------1

Accessing: 7

-----------------1

Accessing: 8

-----------------1

Accessing: 10

-----------------1

Accessing: 9

-----------------1

Accessing: 5

-----------------1

Accessing: 12

-----------------1

Accessing: 11

-----------------1

Accessing: 13

-----------------1

Accessing: 14

-----------------1

Accessing: 15

-----------------1

Accessing: 16

-----------------1

Accessing: 17

-----------------1

Accessing: 18

-----------------1

Accessing: 19