信号量（Semaphore）是什么，如何使用？

信号量（Semaphore）是 Java java.util.concurrent 包中的一种同步辅助类，用于控制对共享资源的访问。在并发编程中，信号量常用于限制同时访问特定资源的线程数量，避免过多线程同时访问可能导致的资源竞争或性能下降。

使用场景

1. 限制并发访问：当某个资源（如连接池、数据库等）有限制时，可以使用信号量来控制同时访问该资源的线程数量。
2. 节流控制：限制请求的处理速率，以防止系统过载。
3. 多线程协调：在某些情况下，信号量可以用于在多个线程之间进行协调。

基本使用

以下是一个使用信号量的基本示例：

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

public class SemaphoreExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建信号量，允许最多3个线程同时访问
        final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        // 创建线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int threadNumber = i;
            executor.submit(() -> {
                try {
                    // 获取信号量
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println("线程 " + threadNumber + " 获得信号量，正在执行...");

                    // 模拟执行任务
                    Thread.sleep(2000);

                    System.out.println("线程 " + threadNumber + " 执行完毕，释放信号量。");
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); // 恢复中断状态
                } finally {
                    // 释放信号量
                    semaphore.release();
                }
            });
        }

        executor.shutdown();
    }
}

代码分析

1. 创建信号量：使用 new Semaphore(3) 创建一个信号量，允许最多 3 个线程同时访问。
2. 提交任务：使用 ExecutorService 创建线程池并提交 10 个任务。
3. 获取信号量：在每个线程中，调用 semaphore.acquire() 尝试获取信号量。如果当前信号量的许可数量为 0，线程会被阻塞，直到其他线程释放信号量。
4. 执行任务：线程获得信号量后，模拟执行某些操作（如休眠 2 秒）。
5. 释放信号量：执行完成后，无论成功与否，确保在 finally 块中调用 semaphore.release()，以释放信号量，让其他等待线程可以继续执行。

注意事项

1. 信号量许可证的数量：信号量的许可证数量应该基于实际需要进行设置，以避免过多的线程同时获取许可造成系统资源耗尽。
2. 捕获 InterruptedException：使用 acquire() 方法时，可能会抛出 InterruptedException，应当妥善处理。
3. 公平性：Semaphore 有一个构造函数可以接受一个布尔参数，指定是否采用公平策略。公平策略保证先请求的线程先获得许可，但可能会影响性能。

Semaphore semaphore = new Semaphore(3, true); // 公平模式

通过合理使用信号量，可以有效地管理多线程对共享资源的访问，避免资源竞争和潜在的性能问题。