Java并发编程里，当有限数量的共享资源需要被多个线程同时访问时，直接让所有线程竞争访问很容易导致资源过载或者数据不一致的问题，Semaphore就是专门用来解决这类场景的工具类，它可以限制同时访问特定资源的线程数量，实现合理的资源调度。
Semaphore的核心概念
Semaphore翻译为信号量，它的内部维护了一个许可证数量，线程在访问资源前需要先获取许可证，访问完成后释放许可证。如果当前许可证数量不足，尝试获取许可证的线程会被阻塞，直到有其他线程释放许可证。
Semaphore支持两种模式，一种是公平模式，会按照线程等待的顺序分配许可证，另一种是非公平模式，允许等待的线程抢占许可证，非公平模式的吞吐量通常更高，是默认的模式。
Semaphore的常用方法
- 构造方法：Semaphore(int permits) 创建指定许可证数量的非公平信号量；Semaphore(int permits, boolean fair) 可以指定是否为公平模式。
- acquire()：从信号量获取一个许可证，如果没有可用的许可证则当前线程阻塞。
- acquire(int permits)：获取指定数量的许可证，不足时阻塞。
- release()：释放一个许可证，将其返回给信号量。
- release(int permits)：释放指定数量的许可证。
- tryAcquire()：尝试获取许可证，如果获取不到立即返回false，不会阻塞线程。
- availablePermits()：返回当前可用的许可证数量。
Semaphore实现资源访问控制示例
下面通过一个模拟数据库连接池的场景来演示Semaphore的使用，假设连接池最多只有3个可用连接，多个线程需要获取连接来执行操作。
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class SemaphoreDemo {
// 定义信号量，许可证数量为3，对应3个数据库连接
private static final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
// 模拟数据库连接的获取和执行操作
static class Worker implements Runnable {
private final String workerName;
public Worker(String workerName) {
this.workerName = workerName;
}
@Override
public void run() {
try {
// 尝试获取许可证，获取不到会阻塞
System.out.println(workerName + " 尝试获取数据库连接");
semaphore.acquire();
System.out.println(workerName + " 成功获取数据库连接，开始执行操作");
// 模拟业务操作耗时
Thread.sleep(2000);
System.out.println(workerName + " 操作执行完成，释放数据库连接");
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
System.out.println(workerName + " 操作被中断");
} finally {
// 确保在finally块中释放许可证，避免死锁
semaphore.release();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
// 创建6个线程模拟6个用户请求
for (int i = 0; i < 6; i++) {
new Thread(new Worker("线程" + i)).start();
}
}
}
运行上述代码可以看到，同一时间最多只有3个线程能获取到连接执行操作，其余线程会等待直到有连接被释放，这样就实现了对有限资源的并发访问控制。
使用Semaphore的注意事项
- 一定要在finally块中调用
release()方法释放许可证，否则如果线程执行过程中出现异常，许可证无法归还，会导致信号量的许可证数量越来越少，最终所有线程都被阻塞。 - 如果使用的是非公平模式的Semaphore，可能会出现线程饥饿的情况，对顺序有要求的场景可以切换为公平模式。
- 获取和释放的许可证数量要保持一致，如果一次获取了多个许可证，释放时也要释放对应数量，否则会破坏信号量的计数逻辑。
tryAcquire()方法适合不需要阻塞等待的场景，可以根据返回值决定是否执行后续操作，避免线程无意义的等待。
Semaphore和锁的区别
很多开发者会混淆Semaphore和锁的作用，二者虽然都用于并发控制，但场景不同。锁通常是互斥的，同一时间只允许一个线程访问资源，而Semaphore可以允许多个线程同时访问，只要许可证数量足够。比如读写锁里的读锁允许多个线程同时读，本质上也是一种特殊的信号量场景，而Semaphore的灵活性更高，可以自定义允许的并发数量。