Semaphore 信号量

Semaphore 是一个计数信号量，必须由获取它的线程释放。Semaphore 是 Synchronized 的加强版，常用于限制可以访问某些资源的线程数量，例如通过 Semaphore限流。Semaphore 只有3个操作：初始化、增加、减少。

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

public class StudySemaphore {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        
        //信号量，只允许 3个线程同时访问
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

        for (int i=0;i<10;i++){
            final long num = i;
            executorService.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        //获取许可
                        semaphore.acquire();
                        //执行
                        System.out.println("Accessing: " + num);
                        Thread.sleep(new Random().nextInt(5000)); // 模拟随机执行时长
                        //释放
                        semaphore.release();
                        System.out.println("Release..." + num);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }

        executorService.shutdown();
    }
}

方法 acquire( int permits ) 参数作用：动态添加 permits 许可数量。可以这么理解， new Semaphore(6) 表示初始化了 6个通路， semaphore.acquire(2) 表示每次线程进入将会占用2个通路，semaphore.release(2) 运行时表示归还2个通路。没有通路，则线程就无法进入代码块。上面的代码中，semaphore.acquire() +  semaphore.release()  在运行的时候，其实和 semaphore.acquire(1) + semaphore.release(1)  效果是一样的。　

如果 acquire 的数量大于 release 的数量，则通路迟早会被使用完，如果线程比较多，得不到后续运行，出现线程堆积内存，最终 java进程崩掉；如果 acquire 的数量小于 release 的数量，就会出现并发执行的线程越来越多（换句话说，处理越来越快），最终也有可能出现问题。

acquire 的不可中断实现：semaphore.acquire() 和 semaphore.acquire(int permits) 是会抛出异常 InterruptedException的，如果在 acquire 和 release 之间的代码是一个比较慢和复制的运算，如内存占用过多，或者栈深度很深等，jvm会中断这块代码。使用 acquireUninterruptibly() 替换acquire()、使用 acquireUninterruptibly(int permits) 替换 acquire(int permits) ，才能不让 jvm 中断代码执行。acquireUninterruptibly 不会抛出 InterruptedException ，一个代码块一时执行不完，还会继续等待执行。

个人觉得，不要随便使用 acquireUninterruptibly ，因为 jvm中断执行，是自身的一种自我保护机制，保证 java进程的正常，除了特殊情况必须用 acquireUninterruptibly外，都应该使用 acquire ，将 release 放到 finally 块中。　

其他一些常有工具方法：
【1】availablePermits() 表示返回 Semaphore 对象中的当前可用许可数，此方法通常用于调试，因为许可数量（通路）可能是实时在改变的。
【2】drainPermits() 方法可获取并返回立即可用的所有许可（通路）个数，并将可用许可置为0。
【3】getQueueLength() 获取等待许可的线程个数。
【4】getQueueLength() 和 hasQueuedThreads() 都是在判断当前有没有等待许可的线程信息时使用。

线程公平性，上面用的 Semaphore  构造方法是 Semaphore semaphore = new Semaphore(int permits)。其实，还有一个构造方法： Semaphore semaphore = new Semaphore(int permits , boolean isFair)。isFair 的意思是否公平，获得锁的顺序与线程启动顺序有关，就是公平，先启动的线程，先获得锁。isFair 不能100% 保证公平，只能是大概率公平。isFair 为 true，则表示公平，先启动的线程先获得锁。

tryAcquire(int permits , long timeout , TimeUint unit) ：在指定时间 timeout内尝试获取 permits个通路。