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Semaphore - 信号量

java 2025/6/26 10:58:10

1. Semaphore - 信号量

1.1. 信号量模型

信号量的定义：

Semaphore（信号量）：是并发编程中的一种线程同步工具，控制同时访问某资源的线程数量。

模型结构：

计数器（count）
等待队列（queue）
三个原子操作方法：

- init(int c)：初始化计数器值为 c
- down()（Java 中为 acquire()）：

- - count--，若结果 < 0，则阻塞线程，加入等待队列

- up()（Java 中为 release()）：

- - count++，若结果 ≤ 0，唤醒等待队列中的一个线程

特点：

原子性由 Java 的 Semaphore 实现保证
down()/up() 也称为：P() / V()，或 semWait() / semSignal()

代码话信号量模型：

class Semaphore{// 计数器int count;// 等待队列Queue queue;// 初始化操作Semaphore(int c){this.count=c;}// void down(){this.count--;if(this.count<0){// 将当前线程插入等待队列// 阻塞当前线程}}void up(){this.count++;if(this.count<=0) {// 移除等待队列中的某个线程 T// 唤醒线程 T}}
}

示例：使用 Semaphore 实现互斥访问（类似锁）

static int value = 0;  
static final Semaphore s = new Semaphore(1); // 1 表示只能一个线程访问static void addOne() {s.acquire(); // 进入前尝试获取许可证try {value += 1;} finally {s.release(); // 离开后释放许可证}
}

执行逻辑分析：

如果有两个线程同时 acquire()：

- 一个成功（count = 0），继续执行
- 一个阻塞（count = -1）

当执行完后 release()，阻塞的线程才被唤醒
实现了互斥访问

1.2. 实现限流器

Semaphore 的优势 —— 可支持多个线程访问

Lock 只能实现一个线程进入临界区
Semaphore 可支持 多个线程同时访问资源

场景举例：对象池（或连接池）

class ObjPool<T, R> {final List<T> pool;final Semaphore sem;ObjPool(int size, T t) {pool = new Vector<>();for (int i = 0; i < size; i++) {pool.add(t);}sem = new Semaphore(size); // 控制最多 size 个线程访问}R exec(Function<T, R> func) {T t = null;sem.acquire(); // 尝试获取资源许可try {t = pool.remove(0); // 从池中取出对象return func.apply(t); // 执行业务逻辑} finally {pool.add(t); // 归还对象sem.release(); // 释放许可}}
}

核心逻辑：