Java Semaphore详解及应用示例

一、Semaphore的概念

Semaphore（信号量）是一种用于保护共享资源的并发访问的同步工具，它可以用来控制同时访问某个资源的线程个数。Semaphore是一种计数器，每当一个线程访问该资源时，计数器减1，当计数器为0时，其他试图访问该资源的线程会被阻塞，直到计数器变为大于0才能再继续访问。

在Java中，Semaphore是一个类，定义如下：

public class Semaphore {
    public Semaphore(int permits);
    public Semaphore(int permits, boolean fair);
    public void acquire() throws InterruptedException;
    public void release();
    public int availablePermits();
}

Semaphore的构造函数可接受一个整型参数，该参数是此同步器能够支持的线程数，并通过acquire()和release()方法来获取和释放Semophore对象，availablePermits()方法可获取可用的许可数。

二、Semaphore的应用场景

Semaphore适用于需要控制线程数目的场景，例如：

• 数据库连接池
• 线程池
• 读写锁
• 文件流量控制等

三、Semaphore的使用示例

下面以一个简单的例子来说明Semaphore的使用方法。

需求：模拟20个线程同时写入文件，并提供3个文件输出流，以控制同时写入文件的线程数不超过3个。

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        semaphore.acquire();
                        FileWriter writer = new FileWriter("output.txt", true);
                        writer.write(Thread.currentThread().getName() + "\n");
                        writer.close();
                        semaphore.release();
                    } catch (IOException | InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }, "Thread " + i);
            thread.start();
        }
    }
}

第一步，创建Semaphore对象，设置许可个数为3。

第二步，循环20次，每次创建一个线程来读写文件，使用Semaphore对象控制访问许可数。

第三步，线程运行时会从Semaphore对象获取一个许可，执行文件读写操作，完成后释放许可。

通过这种方式，实现了同时写入文件的线程数不超过3个，达到了控制并发访问的目的。

四、Semaphore的注意事项

在使用Semaphore时需要注意以下几点：

• Semaphore的许可数不是可重入锁，也就是说如果一个线程已经获得了一个许可，再次调用acquire()方法时会被阻塞。
• 如果没有许可可用，acquire()方法会一直阻塞，直到有许可可用。
• release()方法是释放许可，如果释放的许可数超过了原来的许可数，会抛出IllegalArgumentException异常。

五、总结

Semaphore是一种非常有用的并发控制工具，可以灵活地控制线程的并发访问，具有广泛的应用场景。在使用Semaphore时需要注意其许可数和许可的获取和释放，以免出现死锁等问题。