一个java同步工具类Semaphore的详解

Semaphore是java并发包里面的一个工具类，我们限制可以访问某些资源的线程数目就可以使用Semaphore了。这篇文章将对Semaphore的概念和使用进行一个详解。

一、概念理解

官方是这样解释的：

Semaphore用于限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数目，他维护了一个许可证集合，有多少资源需要限制就维护多少许可证集合，假如这里有N个资源，那就对应于N个许可证，同一时刻也只能有N个线程访问。一个线程获取许可证就调用acquire方法，用完了释放资源就调用release方法。

不过这样的解释实在有点抽象，现在用我自己的话来解释一下：

相信在学生时代都去餐厅打过饭，假如有3个窗口可以打饭，同一时刻也只能有3名同学打饭。第四个人来了之后就必须在外面等着，只要有打饭的同学好了，就可以去相应的窗口了。

比如说这张图，就全是了Semaphore的基本使用。认识一个知识点的最好方式就是直接去使用，我们干脆直接上代码来看看如何使用。

二、代码使用

这个案例使用的就是我们之前的小例子，也就是去餐厅打饭的案例。

我们先看Test类：

在这个代码中我们看到，主要是new了一个Semaphore，然后赋给每一位同学Student，接下来我们就来好好看看Student线程是如何实现的。

在这个Student类中我们最主要看run方法的实现，首先我们通过acquire获取了当前窗口的许可，然后休眠3秒代表打饭，最后在finally使用release方法释放这个窗口许可证。代码很简单，原理很清楚，我们测试一波：

这个结果你也看到了，基本上同一时刻只能有三个学生在窗口旁边。

在这里你可能有一个疑问了，Semaphore好像和synchronized关键字没什么区别，都可以实现同步，如果是这样那说明我们还没有真正理解jdk的注释，他只是限制了访问某些资源的线程数，其实并没有实现同步，我们可以看一下：

现在我们在获取许可前增加了一条输出语句，也就是能打印出有哪个线程进入了，再去测试一波：

结果很清晰，所以对于Semaphore来说，我们需要记住的其实是资源的互斥而不是资源的同步，在同一时刻是无法保证同步的，但是却可以保证资源的互斥。

三、其他方法

在上面我们使用最基本的acquire方法和release方法就可以实现Semaphore最常见的功能，不过其他方法还是需要我们去了解一下的。

1、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。就好比是一个学生占两个窗口。这同时也对应了相应的release方法。

2、release(int permits)

释放给定数目的许可，将其返回到信号量。这个是对应于上面的方法，一个学生占几个窗口完事之后还要释放多少

3、availablePermits()

返回此信号量中当前可用的许可数。也就是返回当前还有多少个窗口可用。

4、reducePermits(int reduction)

根据指定的缩减量减小可用许可的数目。

5、hasQueuedThreads()

查询是否有线程正在等待获取资源。

6、getQueueLength()

返回正在等待获取的线程的估计数目。该值仅是估计的数字。

7、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。

8、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。

基本上常见的使用方法都在这，Semaphore底层是由AQS和Uasafe完成的，篇幅问题在这里不赘述了。感谢各位支持。