详解Semaphore信号量的使用和原理

在前几天写的《基于AQS手写一个同步器》中，很多同学留言称里面提到的Semaphore讲得太笼统了。今天趁着周末有空，我们就一起详细学习和梳理一下Semaphore。

Semaphore是一个用来控制同时访问特定资源的线程数量的工具。在多线程同时操作共享资源时，仍然存在着线程不安全问题，因此需要结合锁来进一步保障多线程安全。

信号量的主要结构包括两个方法：acquire()和release()。acquire()用于获取许可，而release()用于释放许可。

在Semaphore中，acquire()方法内部调用了AQS的acquireSharedInterruptibly()方法，而release()方法内部则调用了AQS的releaseShared()方法。这两个方法的具体实现在Semaphore的两个静态内部类FairSync（公平模式）和NonfairSync（非公平模式）中。

在FairSync中，调用acquire()方法的顺序就是获取许可证的顺序，遵循FIFO；而在NonfairSync中，默认为非公平模式，采用抢占式的方式。

Semaphore的使用示例：

public class Test {
    private final Semaphore semaphore;

    public Test(int acq){
        this.semaphore= new Semaphore(acq);
    }
    public void useSemaphore(){
        try {
            semaphore.acquire();
            System.out.println("资源开始使用了 " + Thread.currentThread().getName());
            Thread.sleep(1000); 
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            semaphore.release();
            System.out.println("资源释放了 " + Thread.currentThread().getName());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test(3);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(test::useSemaphore).start();
        }
    }
}

输出：

资源开始使用了 Thread-0
资源开始使用了 Thread-1
资源开始使用了 Thread-3
资源释放了 Thread-0
资源开始使用了 Thread-2
资源开始使用了 Thread-4
资源释放了 Thread-1
资源释放了 Thread-3
资源释放了 Thread-4
资源释放了 Thread-2

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