欲穷千里目，更上一层楼。—唐·王之涣《登颧雀楼》

这句诗的意思是：想看到更远更广阔的景物，你就要再上一层楼。想学到更多更深的知识，你就要比原来更努力。

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Semaphore，计数信号量， 用来控制同时访问某个特定资源的线程数量 ，需要我们设定它的最大访问数量。 Semaphore 管理着一组虚拟许可，许可的初始数量可以通过构造函数来指定。在执行操作时可以首先获取许可，并在使用后释放许可。如果没有许可，那么获取操作将阻塞直到有可用的许可。

Semaphore 可以用于实现一个资源池，也可以将任何一个容器变成一个有界的阻塞容器，他在限制资源访问量上有很大的用处。

Semaphore 的核心方法

首先，我们先来看它的两个构造函数。

/** * Creates a {@code Semaphore} with the given number of * permits and nonfair fairness setting. */public Semaphore(int permits) { sync = new NonfairSync(permits);}/** * Creates a {@code Semaphore} with the given number of * permits and the given fairness setting. */public Semaphore(int permits, boolean fair) { sync = fair ? new FairSync(permits) : new NonfairSync(permits);}

参数 permits 表示许可数量，即同时允许多少个线程访问。参数 fair 表示公平性，即等待越久越先获取到许可。

其次，再来看一下它获取和释放许可的方法，信号量的核心用法就是下面这些。

//获取一个许可public void acquire() throws InterruptedException { }//获取permits个许可public void acquire(int permits) throws InterruptedException { } //释放一个许可public void release() { }  //释放permits个许可public void release(int permits) { } //尝试获取一个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回falsepublic boolean tryAcquire() { }; //尝试获取一个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回false public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };  //尝试获取permits个许可，若获取成功，则立即返回true，若获取失败，则立即返回falsepublic boolean tryAcquire(int permits) { };//尝试获取permits个许可，若在指定的时间内获取成功，则立即返回true，否则则立即返回falsepublic boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { };

使用场景

前面说过，Semaphore 可以用于实现一个资源池。所以，我们用它来实现一个固定数量的消息池，只允许固定数量的线程同时访问。

这个例子中消息池的数量为 3 个，信号量的许可数量也设置为 3 个，即用 Semaphore 来控制最多同时只能有三个线程使用，其中消息可以循环使用。

如果已有三个线程已经获取到了消息，那么其他线程获取消息的时候将会阻塞，直到有线程释放消息，它才能获取到。获取消息和释放消息通过 Semaphore 的 acqure() 和 release() 方法进行控制，其中 Semaphore 的许可数量不应大于消息池的最大数量。

import java.util.concurrent.Semaphore;public class SemaphoreTest{//表示消息池可用消息只有5个private static final int MAX_POOL_SIZE = 3;//获取消息的客户端的线程数量private static final int CLIENT_SIZE = 6; //消息数组，存放所有消息private static Message[] messages = new Message[MAX_POOL_SIZE]; //信号量，许可数量为消息的最大可用数量private static Semaphore semaphore = new Semaphore(MAX_POOL_SIZE);//初始化消息数组static void init() { for(int i = 0; i < MAX_POOL_SIZE; i++) { messages[i] = new Message(); }}//同步方法，获取可用的消息static synchronized Message obtain() { Message msg = null; for(int i = 0; i < MAX_POOL_SIZE; i++) { if(messages[i].getFlag() == false) { msg = messages[i]; msg.setId(i); msg.setFlag(true); return msg; } } return msg;}//同步方法，把用完的消息放回消息池static synchronized boolean release(Message msg) { if(msg.getFlag() == true) { msg.setFlag(false); msg.setId(-1); return true; } return false;}//用信号量控制能获取消息的数目static Message obtainMsg() throws InterruptedException { semaphore.acquire(); return obtain();}//成功释放消息的同时释放信号量static void releaseMsg(Message msg) { System.out.print(Thread.currentThread().getName() + " ***Release msg id*** = "+ msg.getId() + "\n"); if(release(msg)) { semaphore.release(); }}public static void main(String[] args) {  //初始化 init();  //创建子线程，获取消息 for(int i = 0; i < CLIENT_SIZE; i++) { new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { //获取消息 Message msg = obtainMsg(); System.out.print(Thread.currentThread().getName() + " Obtain msg id = "+ msg.getId() + "\n"); //假装耗时操作 Thread.sleep(1000); //释放消息 releaseMsg(msg); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }}).start(); }}//声明一个消息类static class Message { private int id; //表示每个消息的id private boolean flag; //表示消息是否可用 public Message() { this.id = -1; this.flag = false; }  public void setId(int id) { this.id = id; }  public void setFlag(boolean b) { this.flag = b; }  public int getId() { return this.id; }  public boolean getFlag() { return this.flag; }}}

执行结果:

这里写图片描述

从这个结果看，线程 1，线程 2，线程 0 先获取到消息；接着线程 1 和 2 释放消息；释放消息后，那么此时消息池又有两个空闲消息，所以，线程 3 和线程 5 获取了消息；

紧接着线程 0 释放消息，线程 4 立马获取了消息。。。

这程序的执行结果和我们预期的流程一样。 需要注意的点，Semaphore 是线程安全的。在这个例子中，不可能同时有 4 个线程能同时获取到消息。

注意

既然 Semaphore 是线程安全的，为什么上面两个方法需要添加同步？

static synchronized boolean release(Message msg)static synchronized Message obtain()

这里我们不能混淆概念，Semaphore 的线程安全是指同时只能有三个线程进入，即 acquire() 和 release() 必定线程安全。 然而获取到许可后的操作不保证线程安全，所以这里加同步锁是为了确保获取消息的过程是安全的。

另外一点需要注意，为什么下面两个方法不需要使用同步锁？

static void releaseMsg(Message msg)static Message obtainMsg() throws InterruptedException

细心的朋友可能已经知道，这里加上同步的话，会产生死锁。假如此时 acquire() 发生阻塞，那么obtainMsg() 一直持有同步锁，而 releaseMsg() 的时候必须等待同步锁的释放，这时必定陷入死锁，一直死等，然而没什么软用。

这里不需要加同步锁，是因为我们要确保安全的内容是 获取许可集 后的数据安全，和释放许可集之前的数据安全。

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