Java中的Semaphore：灵活控制并发访问的秘诀--JVM基础(27)_java 控制调用第三方接口并发量 semaphore-优快云博客

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在Java并发编程的世界里，Semaphore（信号量）是一个强大而灵活的工具，它能够帮助我们有效管理对共享资源的访问，避免资源的竞争与冲突。想象一下，你运营着一家电影院，每场电影的座位有限，如何高效地控制售票，既不让座位超卖，又能让顾客快速购票入场？这就很像Semaphore在多线程环境中的作用——限制并发访问的数量，保证系统稳定运行。

实现原理

Semaphore基于计数器原理工作，初始化时设置一个许可证数量（即计数器的初始值）。每当一个线程需要访问受保护的资源时，它必须首先从Semaphore获取一个许可证；当线程完成操作后，必须释放这个许可证，以便其他线程可以继续获取并访问资源。如果所有许可证都被占用，后续请求的线程将被阻塞，直到有线程释放许可证。在Java中，信号量的实现主要依赖于AQS（AbstractQueuedSynchronizer）框架,整体流程如下

在这里插入图片描述

应用举例

假设你正在设计一个多线程下载系统，希望限制同时下载的任务不超过10个，以避免网络拥堵和服务器压力过大。这时，就可以使用Semaphore来实现：

import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class DownloadManager {
    private final Semaphore semaphore = new Semaphore(10); // 最大并发数为10

    public void download(String fileUrl) {
        try {
            semaphore.acquire(); // 尝试获取许可证
            // 下载逻辑
            System.out.println(\"开始下载: \" + fileUrl);
            Thread.sleep(1000); // 模拟下载时间
            System.out.println(\"下载完成: \" + fileUrl);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        } finally {
            semaphore.release(); // 完成后释放许可证
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        DownloadManager manager = new DownloadManager();
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(20); // 假设有20个下载任务

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            executor.submit(() -> manager.download(\"file\" + i));
        }

        executor.shutdown();
    }
}

应用场景

资源池管理：如数据库连接池、线程池，限制同时打开的连接数或活跃线程数。
限流控制：在高并发场景下，对API请求进行速率限制，避免服务过载。
生产者-消费者模型：控制生产者线程和消费者线程的数量，保持系统的平衡。

注意事项

公平性选择：Semaphore构造函数提供了一个布尔参数，用于指定是否采用公平策略。公平策略会按照线程等待的顺序分配许可证，而非公平则可能造成“饥饿”现象。
异常处理：在acquire()方法调用时可能会抛出InterruptedException，需要妥善处理，通常通过重新中断当前线程或记录日志等方式。
释放资源：确保每次acquire()后都有对应的release()，防止许可证泄露，导致其他线程无法获得访问权限。

常见面试题

Semaphore与Lock的区别是什么？
- Semaphore主要用于控制并发访问的总量，而Lock更侧重于提供互斥访问，保证同一时刻只有一个线程可以执行某段代码。
Semaphore如何实现限流功能？
- 通过设置Semaphore的许可数量为最大允许的并发访问数，当有新的请求进来时尝试获取许可，如果许可已用完，则线程等待，从而实现流量控制。
如何选择Semaphore的公平性策略？
- 如果顺序访问非常重要，避免某些线程长时间等待，应选择公平策略。若对访问顺序不敏感，追求更高的吞吐量，可以选择非公平策略。

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