在Java中，Semaphore（信号量）是位于java.util.concurrent包中的一个同步工具类。它用于控制同时访问某一资源的线程数量，或者是同时执行某一任务的线程数量。信号量通常用来限制可以访问某些资源（物理或逻辑的）的线程数量。

核心机制

许可机制

Semaphore 维护一组虚拟许可，初始化时指定许可数量。线程通过 acquire() 尝试获取许可（支持阻塞或非阻塞方式），资源使用后通过 release() 释放许可。若许可数为 0，后续线程将阻塞直至有可用许可。

公平与非公平策略

支持公平模式（按请求顺序分配许可）和非公平模式（允许插队，默认策略），通过构造函数参数 fair 指定。

典型应用场景

资源访问限流

如数据库连接池、文件句柄池等场景，限制同时访问资源的线程数量。例如，仅允许 10 个线程同时使用数据库连接。

生产者-消费者模型

协调生产者和消费者的执行节奏，防止资源过载。例如，控制餐厅同时用餐的顾客数量。

多线程协作

实现线程间依赖关系的协调，例如要求多个前置任务完成后才能执行后续操作。

基本使用

核心方法

acquire()：阻塞获取许可（支持中断）

tryAcquire()：非阻塞尝试获取许可

release()：释放许可

availablePermits()：返回当前可用许可数

代码示例

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

public class SemaphoreDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(5); // 初始化5个许可
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            executor.execute(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();    // 获取许可
                    // 访问资源
                    System.out.println(Thread.currentThread().threadId());
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                } finally {
                    semaphore.release();    // 释放许可
                }
            });
        }
        executor.shutdown();
    }
}

此示例限制最多 5 个线程同时执行资源访问。

注意事项

许可泄露

确保 release() 在 finally 块中执行，防止线程异常终止导致许可未被释放。

死锁风险

避免多个 Semaphore 嵌套使用时因获取顺序不一致引发死锁。

动态调整

可通过 drainPermits() 清空剩余许可，或通过构造函数动态调整总许可数（需同步控制）。

与 ReentrantLock 对比

跨线程释放：Semaphore 允许不同线程获取和释放许可，而 ReentrantLock 通常要求同一线程释放锁。

用途差异：Semaphore 用于控制资源并发数，ReentrantLock 用于保护临界区代码的原子性。