允许多个线程同时访问：信号量（Semaphore）

Posted 2021-08-31 敲代码的程序狗

信号量并不是Java中独有的功能，而是一种为并发编程提供的一种模型。本质上来说，信号量就是具有原子性的一个计数器，当使用了资源时，计数器就要减一，表示可用的资源就少了一个，当用完这个资源将其归还，计数器就加一，表示可用的资源又多个一个。

信号量模型

1. init：设置计数器的初始值。
2. down：计数器的值减1；如果此时计数器的值小于0，则当前线程被阻塞，否则当前线程可以继续执行。
3. up：计数器的值加1；如果此时计数器的值小于或者等于0，则唤醒等待队列中的一个线程执行，并将其从等待队列中移除。

down和up操作也被称为PV操作（PV原语），对应java并发包下对应acquire()和release()。

Semaphore

Semaphore是JUC提供的信号量的封装，它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。

它是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值，基于此，多个线程竞争获取许可信号，做自己的申请后归还，超过阈值后，线程申请许可信号将会被阻塞。Semaphore可以用来构建一些对象池，资源池之类的，比如数据库连接池，我们也可以创建计数为1的Semaphore，将其作为一种类似互斥锁的机制，这也叫二元信号量，表示两种互斥状态。

Semaphore有两个构造函数：

public Semaphore(int permits)
public Semaphore(int permits, boolean fair)
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permits定义了许可资源的个数，而fair则表示是否支持FIFO的顺序。在构造信号量对象时，必须要指定信号量的准入数，即同时能申请多少个许可。当每个线程每次只申请一个许可时，这就相当于同时有多个线程可以访问某一个资源。主要的方法如下：

public void acquire()
public void acquireUniterruptibly()
public boolean tryAcquire()
public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)
public void release()
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acquire()方法尝试获取一个准入的许可。若无法获得，则线程会等待，直到有线程释放一个许可或者当前线程被中断。acquireUniterruptibly()与acquire()方法相似，但是其不响应中断。tryAcquire()和tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)会尝试获得一个许可，如果成功返回true，失败则返回false。release()用于在线程访问资源结束后，释放一个许可，使其他等待许可的线程可以进行资源访问。

使用场景

Semaphore主要有以下几种应用场景：

1. 加锁（类似于ReentrantLock）
2. 异步任务同步返回
3. 控制线程并发数（限流）

其中限流是用的最多的，在我自己实现的simple-rpc中就有这样的应用，代码如下：

private Object invokeMethod(Provider provider, Request request, Semaphore semaphore) {
    Object serviceObject = provider.getServiceObject();
    Method serviceMethod = provider.getServiceMethod();
    Object result = null;
    boolean acquire = false;
    try {
        acquire = semaphore.tryAcquire(request.getInvokeTimeout(), TimeUnit.MILLISECONDS);
        if (acquire) {
            result = serviceMethod.invoke(serviceObject, request.getArgs());
        }
    } catch (Exception e) {
        result = e;
        log.error("NettyServerBizHandler invokeMethod error, provider={}, request={}", provider, request, e);
    } finally {
        if (acquire) {
            semaphore.release();
        }
    }
    return result;
}
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这里的主要作用就是在执行反射调用时，对每个接口进行限流操作。