Java Semaphore詳解及應用示例

一、Semaphore的概念

Semaphore（信號量）是一種用於保護共享資源的並發訪問的同步工具，它可以用來控制同時訪問某個資源的線程個數。Semaphore是一種計數器，每當一個線程訪問該資源時，計數器減1，當計數器為0時，其他試圖訪問該資源的線程會被阻塞，直到計數器變為大於0才能再繼續訪問。

在Java中，Semaphore是一個類，定義如下：

public class Semaphore {
    public Semaphore(int permits);
    public Semaphore(int permits, boolean fair);
    public void acquire() throws InterruptedException;
    public void release();
    public int availablePermits();
}

Semaphore的構造函數可接受一個整型參數，該參數是此同步器能夠支持的線程數，並通過acquire()和release()方法來獲取和釋放Semophore對象，availablePermits()方法可獲取可用的許可數。

二、Semaphore的應用場景

Semaphore適用於需要控制線程數目的場景，例如：

• 數據庫連接池
• 線程池
• 讀寫鎖
• 文件流量控制等

三、Semaphore的使用示例

下面以一個簡單的例子來說明Semaphore的使用方法。

需求：模擬20個線程同時寫入文件，並提供3個文件輸出流，以控制同時寫入文件的線程數不超過3個。

import java.io.FileWriter;
import java.io.IOException;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        semaphore.acquire();
                        FileWriter writer = new FileWriter("output.txt", true);
                        writer.write(Thread.currentThread().getName() + "\n");
                        writer.close();
                        semaphore.release();
                    } catch (IOException | InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }, "Thread " + i);
            thread.start();
        }
    }
}

第一步，創建Semaphore對象，設置許可個數為3。

第二步，循環20次，每次創建一個線程來讀寫文件，使用Semaphore對象控制訪問許可數。

第三步，線程運行時會從Semaphore對象獲取一個許可，執行文件讀寫操作，完成後釋放許可。

通過這種方式，實現了同時寫入文件的線程數不超過3個，達到了控制並發訪問的目的。

四、Semaphore的注意事項

在使用Semaphore時需要注意以下幾點：

• Semaphore的許可數不是可重入鎖，也就是說如果一個線程已經獲得了一個許可，再次調用acquire()方法時會被阻塞。
• 如果沒有許可可用，acquire()方法會一直阻塞，直到有許可可用。
• release()方法是釋放許可，如果釋放的許可數超過了原來的許可數，會拋出IllegalArgumentException異常。

五、總結

Semaphore是一種非常有用的並發控制工具，可以靈活地控制線程的並發訪問，具有廣泛的應用場景。在使用Semaphore時需要注意其許可數和許可的獲取和釋放，以免出現死鎖等問題。