认识 Semaphore

Semaphore 是什么

Semaphore 一般译作 信号量，它也是一种线程同步工具，主要用于多个线程对共享资源进行并行操作的一种工具类。它代表了一种许可的概念，是否允许多线程对同一资源进行操作的许可，使用 Semaphore 可以控制并发访问资源的线程个数。

Semaphore 的使用场景

Semaphore 的使用场景主要用于流量控制，比如数据库连接，同时使用的数据库连接会有数量限制，数据库连接不能超过一定的数量，当连接到达了限制数量后，后面的线程只能排队等前面的线程释放数据库连接后才能获得数据库连接。

再比如交通公路上的红绿灯，绿灯亮起时只能让 100 辆车通过，红灯亮起不允许车辆通过。

再比如停车场的场景中，一个停车场有有限数量的车位，同时能够容纳多少台车，车位满了之后只有等里面的车离开停车场外面的车才可以进入。

Semaphore 使用

下面我们就来模拟一下停车场的业务场景：在进入停车场之前会有一个提示牌，上面显示着停车位还有多少，当车位为 0 时，不能进入停车场，当车位不为 0 时，才会允许车辆进入停车场。所以停车场有几个关键因素：停车场车位的总容量，当一辆车进入时，停车场车位的总容量 - 1，当一辆车离开时，总容量 + 1，停车场车位不足时，车辆只能在停车场外等待。

public class CarParking {
    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(10);
    public static void main(String[] args){
        for(int i = 0;i< 100;i++){
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("欢迎 " + Thread.currentThread().getName() + " 来到停车场");
                    // 判断是否允许停车
                    if(semaphore.availablePermits() == 0) {
                        System.out.println("车位不足，请耐心等待");
                    }
                    try {
                        // 尝试获取
                        semaphore.acquire();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 进入停车场");
                        Thread.sleep(new Random().nextInt(10000));// 模拟车辆在停车场停留的时间
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 驶出停车场");
                        semaphore.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }, i + "号车");
            thread.start();
        }
    }
}

在上面这段代码中，我们给出了 Semaphore 的初始容量，也就是只有 10 个车位，我们用这 10 个车位来控制 100 辆车的流量，所以结果和我们预想的很相似，即大部分车都在等待状态。但是同时仍允许一些车驶入停车场，驶入停车场的车辆，就会 semaphore.acquire 占用一个车位，驶出停车场时，就会 semaphore.release 让出一个车位，让后面的车再次驶入。

Semaphore 信号量的模型

上面代码虽然比较简单，但是却能让我们了解到一个信号量模型的五脏六腑。下面是一个信号量的模型：

来解释一下 Semaphore ，Semaphore 有一个初始容量，这个初始容量就是 Semaphore 所能够允许的信号量。在调用 Semaphore 中的 acquire 方法后，Semaphore 的容量 -1，相对的在调用 release 方法后，Semaphore 的容量 + 1，在这个过程中，计数器一直在监控 Semaphore 数量的变化，等到流量超过 Semaphore 的容量后，多余的流量就会放入等待队列中进行排队等待。等到 Semaphore 的容量允许后，方可重新进入。

Semaphore 所控制的流量其实就是一个个的线程，因为并发工具最主要的研究对象就是线程。

它的工作流程如下

这幅图应该很好理解吧，这里就不再过多解释啦。

Semaphore 深入理解

在了解 Semaphore 的基本使用和 Semaphore 的模型后，下面我们还是得从源码来和你聊一聊 Semaphore 的种种细节问题，因为我写文章最核心的东西就是想让我的读者 了解 xxx，看这一篇就够了，这是我写文章的追求，好了话不多说，源码走起来！

Semaphore 基本属性

Semaphore 中只有一个属性

private final Sync sync;

Sync 是 Semaphore 的同步实现，Semaphore 保证线程安全性的方式和 ReentrantLock 、CountDownLatch 类似，都是继承于 AQS 的实现。同样的，这个 Sync 也是继承于 AbstractQueuedSynchronizer 的一个变量，也就是说，聊 Semaphore 也绕不开 AQS，所以说 AQS 真的太重要了。