简介

信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。

一个计数信号量。从概念上讲，信号量维护了一个许可集。如有必要，在许可可用前会阻塞每一个 acquire()，然后再获取该许可。每个 release() 添加一个许可，从而可能释放一个正在阻塞的获取者。但是，不使用实际的许可对象，Semaphore 只对可用许可的号码进行计数，并采取相应的行动。拿到信号量的线程可以进入代码，否则就等待。通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

Semaphore通常用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数目。

概念

Semaphore分为单值和多值两种，前者只能被一个线程获得，后者可以被若干个线程获得。

将信号量初始化为 1，使得它在使用时最多只有一个可用的许可，从而可用作一个相互排斥的锁。这通常也称为二进制信号量，因为它只能有两种状态：一个可用的许可，或零个可用的许可。按此方式使用时，二进制信号量具有某种属性（与很多 Lock 实现不同），即可以由线程释放“锁”，而不是由所有者（因为信号量没有所有权的概念）。在某些专门的上下文（如死锁恢复）中这会很有用。

此类的构造方法可选地接受一个公平参数。当设置为 false 时，此类不对线程获取许可的顺序做任何保证。特别地，闯入是允许的，也就是说可以在已经等待的线程前为调用 acquire() 的线程分配一个许可，从逻辑上说，就是新线程将自己置于等待线程队列的头部。当公平设置为 true 时，信号量保证对于任何调用获取方法的线程而言，都按照处理它们调用这些方法的顺序（即先进先出；FIFO）来选择线程、获得许可。注意，FIFO 排序必然应用到这些方法内的指定内部执行点。所以，可能某个线程先于另一个线程调用了 acquire，但是却在该线程之后到达排序点，并且从方法返回时也类似。还要注意，非同步的 tryAcquire 方法不使用公平设置，而是使用任意可用的许可。

通常，应该将用于控制资源访问的信号量初始化为公平的，以确保所有线程都可访问资源。为其他的种类的同步控制使用信号量时，非公平排序的吞吐量优势通常要比公平考虑更为重要。

此类还提供便捷的方法来同时 acquire 和释放多个许可。小心，在未将公平设置为 true 时使用这些方法会增加不确定延期的风险。

内存一致性效果：线程中调用“释放”方法（比如 release()）之前的操作 happen-before 另一线程中紧跟在成功的“获取”方法（比如 acquire()）之后的操作。

公平模式：如果以公平方式执行，则线程将会按到达的顺序（FIFO）执行，如果是非公平，则可以后请求的有可能排在队列的头部。
JDK中定义如下：
Semaphore(int permits, boolean fair)
　　创建具有给定的许可数和给定的公平设置的Semaphore。

主要的方法：

构造方法摘要

Semaphore(int permits)
创建具有给定的许可数和非公平的公平设置的 Semaphore。

Semaphore(int permits, boolean fair)
创建具有给定的许可数和给定的公平设置的

方法摘要
`void`	`acquire()` 从此信号量获取一个许可，在提供一个许可前一直将线程阻塞，否则线程被中断。
`void`	`acquire(int permits)` 从此信号量获取给定数目的许可，在提供这些许可前一直将线程阻塞，或者线程已被中断。
`void`	`acquireUninterruptibly()` 从此信号量中获取许可，在有可用的许可前将其阻塞。
`void`	`acquireUninterruptibly(int permits)` 从此信号量获取给定数目的许可，在提供这些许可前一直将线程阻塞。
`int`	`availablePermits()` 返回此信号量中当前可用的许可数。
`int`	`drainPermits()` 获取并返回立即可用的所有许可。
`protected Collection<Thread>`	`getQueuedThreads()` 返回一个 collection，包含可能等待获取的线程。
`int`	`getQueueLength()` 返回正在等待获取的线程的估计数目。
`boolean`	`hasQueuedThreads()` 查询是否有线程正在等待获取。
`boolean`	`isFair()` 如果此信号量的公平设置为 true，则返回 `true`。
`protected void`	`reducePermits(int reduction)` 根据指定的缩减量减小可用许可的数目。
`void`	`release()` 释放一个许可，将其返回给信号量。
`void`	`release(int permits)` 释放给定数目的许可，将其返回到信号量。
`String`	`toString()` 返回标识此信号量的字符串，以及信号量的状态。
`boolean`	`tryAcquire()` 仅在调用时此信号量存在一个可用许可，才从信号量获取许可。
`boolean`	`tryAcquire(int permits)` 仅在调用时此信号量中有给定数目的许可时，才从此信号量中获取这些许可。
`boolean`	`tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)` 如果在给定的等待时间内此信号量有可用的所有许可，并且当前线程未被中断，则从此信号量获取给定数目的许可。
`boolean`	`tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)` 如果在给定的等待时间内，此信号量有可用的许可并且当前线程未被中断，则从此信号量获取一个许可。

Semaphore实现的功能就类似厕所有5个坑，假如有10个人要上厕所，那么同时只能有多少个人去上厕所呢？同时只能有5个人能够占用，当5个人中的任何一个人让开后，其中等待的另外5个人中又有一个人可以占用了。另外等待的5个人中可以是随机获得优先机会，也可以是按照先来后到的顺序获得机会，这取决于构造Semaphore对象时传入的参数选项。单个信号量的Semaphore对象可以实现互斥锁的功能，并且可以是由一个线程获得了“锁”，再由另一个线程释放“锁”，这可应用于死锁恢复的一些场合。

Semaphore维护了当前访问的个数，提供同步机制，控制同时访问的个数。在数据结构中链表可以保存“无限”的节点，用Semaphore可以实现有限大小的链表。另外重入锁 ReentrantLock 也可以实现该功能，但实现上要复杂些。

下面的Demo中申明了一个只有5个许可的Semaphore，而有20个线程要访问这个资源，通过acquire()和release()获取和释放访问许可。

package com.dxz.semaphore;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class TestSemaphore {
    public static void main(String[] args) {
        // 线程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        // 只能5个线程同时访问
        final Semaphore semp = new Semaphore(5);
        // 模拟20个客户端访问
        for (int index = 0; index < 20; index++) {
            final int NO = index;
            Runnable run = new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        // 获取许可
                        semp.acquire();
                        System.out.println("Accessing: " + NO);
                        Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
                        // 访问完后，释放
                        semp.release();
                        System.out.println("semp.availablePermits()==" + semp.availablePermits());
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            };
            exec.execute(run);
        }
        // 退出线程池
        exec.shutdown();
    }
}

执行结果如下：

Accessing: 0
Accessing: 2
Accessing: 4
Accessing: 6
Accessing: 8
semp.availablePermits()==0
Accessing: 10
Accessing: 12
semp.availablePermits()==0
semp.availablePermits()==1
Accessing: 14
semp.availablePermits()==1
Accessing: 16
semp.availablePermits()==1
Accessing: 18
semp.availablePermits()==1
Accessing: 1
semp.availablePermits()==1
Accessing: 3
semp.availablePermits()==1
Accessing: 5
semp.availablePermits()==1
Accessing: 7
semp.availablePermits()==1
Accessing: 9
semp.availablePermits()==1
Accessing: 11
Accessing: 13
semp.availablePermits()==0
semp.availablePermits()==1
Accessing: 15
semp.availablePermits()==1
Accessing: 17
semp.availablePermits()==1
Accessing: 19
semp.availablePermits()==1
semp.availablePermits()==2
semp.availablePermits()==3
semp.availablePermits()==4
semp.availablePermits()==5

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Java 信号量 Semaphore 介绍

简介

概念

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