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在Java中Semaphore的解释及主要用途

news 来源：原创 2025/5/15 21:02:31

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定义

使用方法

主要用途

使用场景示例

定义

Semaphore（信号量）是Java并发编程中的一个同步工具类，用于控制对共享资源的访问。它通过维护一个计数器来管理多个线程对资源的并发访问数量。这个计数器表示当前可用的许可数，每当一个线程获取资源时，计数器减一；当线程释放资源时，计数器加一。如果计数器为零，则任何试图获取许可的线程都会被阻塞，直到有其他线程释放许可为止。

使用方法

Semaphore提供了几个关键方法：

  • acquire(): 尝试获取一个许可。如果没有可用的许可，调用此方法的线程将被阻塞，直到有许可被释放。
  • release(): 释放一个许可，增加可用的许可数量。如果有线程因为调用acquire()而阻塞，那么这些线程将有机会继续执行。
  • tryAcquire(): 尝试立即获取一个许可，如果成功则返回true，否则返回false。
  • availablePermits(): 返回当前可用的许可数量。
主要用途

Semaphore的主要用途包括：

  1. 限制资源的并发访问：例如，限制数据库连接池的大小，确保同时只有固定数量的线程可以访问数据库。
  2. 实现限流：例如，限制某个服务的并发请求数量，防止系统过载。
  3. 实现生产者-消费者模式：通过两个Semaphore对象，一个用于控制空槽的数量，另一个用于控制满槽的数量，从而实现生产者和消费者的协调。
  4. 控制并发任务的数量：例如，限制同时运行的任务数量，避免系统资源耗尽。
使用场景示例

假设我们有一个文件服务器，需要限制同时读写文件的数量。我们可以使用Semaphore来实现这一需求。

import java.util.concurrent.Semaphore;public class FileServer {private final Semaphore semaphore;public FileServer(int maxConcurrentReads) {// 初始化信号量，最大并发读操作数为maxConcurrentReadsthis.semaphore = new Semaphore(maxConcurrentReads);}public void readFile(String fileName) {try {// 尝试获取一个许可semaphore.acquire();System.out.println("Reading file: " + fileName);// 模拟读取文件的操作Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));System.out.println("Finished reading file: " + fileName);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {// 释放许可semaphore.release();}}public static void main(String[] args) {FileServer server = new FileServer(3); // 允许最多3个并发读操作for (int i = 0; i < 10; i++) {final int fileIndex = i;new Thread(() -> server.readFile("file" + fileIndex)).start();}}
}

在这个示例中，我们创建了一个FileServer类，其中包含一个Semaphore对象。构造函数接受一个参数maxConcurrentReads，表示允许的最大并发读操作数。在readFile方法中，我们使用acquire()方法尝试获取一个许可，如果成功则进行文件读取操作，完成后使用release()方法释放许可。这样就能确保同时只有最多maxConcurrentReads个线程在进行文件读取操作。

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