JUC 中提供的限流利器-Semaphore（信号量）
在 JUC 包下，有一个 Semaphore 类，翻译成信号量，Semaphore（信号量）是用来控制同时访问特定资源的线程数量，它通过协调各个线程，以保证合理的使用公共资源。Semaphore 跟锁（synchronized、Lock）有点相似，不同的地方是，锁同一时刻只允许一个线程访问某一资源，而 Semaphore 则可以控制同一时刻多个线程访问某一资源。
Semaphore（信号量）并不是 Java 语言特有的，几乎所有的并发语言都有。所以也就存在一个信号量模型的概念，如下图所示：
信号量模型比较简单，可以概括为：一个计数器、一个队列、三个方法。
计数器：记录当前还可以运行多少个资源访问资源。
队列：待访问资源的线程
三个方法：
- init()：初始化计数器的值，可就是允许多少线程同时访问资源。
- up()：计数器加1，有线程归还资源时，如果计数器的值大于或者等于 0 时，从等待队列中唤醒一个线程
- down()：计数器减 1，有线程占用资源时，如果此时计数器的值小于 0 ，线程将被阻塞。
这三个方法都是原子性的，由实现方保证原子性。例如在 Java 语言中，JUC 包下的 Semaphore 实现了信号量模型，所以 Semaphore 保证了这三个方法的原子性。
Semaphore 是基于 AbstractQueuedSynchronizer 接口实现信号量模型的。AbstractQueuedSynchronizer 提供了一个基于 FIFO 队列，可以用于构建锁或者其他相关同步装置的基础框架，利用了一个 int 来表示状态，通过类似 acquire 和 release 的方式来操纵状态。关于 AbstractQueuedSynchronizer 更多的介绍，可以点击链接：
AbstractQueuedSynchronizer 在 Semaphore 类中的实现类如下：
abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
private static final long serialVersionUID = 1192457210091910933L;
Sync(int permits) {
setState(permits);
}
final int getPermits() {
return getState();
}
final int nonfairTryAcquireShared(int acquires) {
for (;;) {
int available = getState();
int remaining = available - acquires;
if (remaining < 0 ||
compareAndSetState(available, remaining))
return remaining;
}
}
protected final boolean tryReleaseShared(int releases) {
for (;;) {
int current = getState();
int next = current + releases;
if (next < current) // overflow
throw new Error("Maximum permit count exceeded");
if (compareAndSetState(current, next))
return true;
}
}
final void reducePermits(int reductions) {
for (;;) {
int current = getState();
int next = current - reductions;
if (next > current) // underflow
throw new Error("Permit count underflow");
if (compareAndSetState(current, next))
return;
}
}
final int drainPermits() {
for (;;) {
int current = getState();
if (current == 0 || compareAndSetState(current, 0))
return current;
}
}
}
在 Semaphore 类中，实现了两种信号量：公平的信号量和非公平的信号量，公平的信号量就是大家排好队，先到先进，非公平的信号量就是不一定先到先进，允许插队。非公平的信号量效率会高一些，所以默认使用的是非公平信号量。具体的可以查看 Semaphore 类实现源码。
Semaphore 类中，主要有以下方法：
// 构造方法，参数表示许可证数量，用来创建信号量
public Semaphore(int permits);
// 从信号量中获取许可，相当于获取到执行权
public void acquire() throws InterruptedException;
// 尝试获取1个许可，不管是否能够获取成功，都立即返回，true表示获取成功，false表示获取失败
public boolean tryAcquire();
// 将许可还给信号量
public void release();
Semaphore 类的实现就了解的差不多了。可能你会有疑问 Semaphore 的应用场景是什么？Semaphore 可以用来限流（流量控制），在一些公共资源有限的场景下，Semaphore 可以派上用场。比如在做日志清洗时，可能有几十个线程在并发清洗，但是将清洗的数据存入到数据库时，可能只给数据库分配了 10 个连接池，这样两边的线程数就不对等了，我们必须保证同时只能有 10 个线程获取数据库链接，否则就会存在大量线程无法链接上数据库。
用 Semaphore 信号量来模拟这操作，代码如下：
public class SemaphoreDemo {
/**
* semaphore 信号量，可以限流
*
* 模拟并发数据库操作，同时有三十个请求，但是系统每秒只能处理 5 个
*/
private static final int THREAD_COUNT = 30;
private static ExecutorService threadPool = Executors
.newFixedThreadPool(THREAD_COUNT);
// 初始化信号量，个数为 5
private static Semaphore s = new Semaphore(5);
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
// 获取许可
s.acquire();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 完成数据库操作 ,"+ new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss").format( new Date()));
// 休眠两秒钟，效果更直观
Thread.sleep(2000);
// 释放许可
s.release();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
});
}
// 关闭连接池
threadPool.shutdown();
}
}
运行效果如下：
从结果中，可以看出，每秒只有 5 个线程在执行，这符合我们的预期。
好了，关于 Semaphore 的内容就结束了，更加详细的还请您查阅相关资料和阅读 Semaphore 源码。希望这篇文章对您的学习或者工作有所帮助。
感谢您的阅读，祝好。
最后
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