Semaphore使用以及原理

介绍

Semaphore（信号量）是一种用于控制并发访问资源的机制。它可以用于多线程或多进程环境中，用于保护共享资源的访问，避免竞争条件和死锁。

原理

1. Semaphore维护一个计数器，表示可用的资源数量。
2. 每当一个线程（或进程）需要访问资源时，它必须先申请Semaphore。
3. 如果Semaphore的计数器大于0，表示有可用的资源，线程可以继续执行，并将计数器减1。
4. 如果Semaphore的计数器等于0，表示没有可用的资源，线程将被阻塞，直到有资源可用。
5. 当一个线程使用完资源后，必须释放Semaphore，使计数器加1，表示资源可用。

使用场景

1. 限制资源的并发访问：可以设置Semaphore的计数器为资源数量，每个线程需要访问资源时，必须先申请Semaphore，如果计数器为0，则线程将被阻塞，直到有资源可用。
2. 控制线程的执行顺序：可以使用Semaphore来控制线程的执行顺序，例如，设置Semaphore的计数器为1，只允许一个线程执行，其他线程将被阻塞。

使用方法

1. 导入Semaphore类：在代码中导入Semaphore类，例如 import java.util.concurrent.Semaphore;

2. 创建Semaphore对象：使用 new 关键字创建Semaphore对象，并指定初始的可用资源数量。例如， Semaphore semaphore = new Semaphore(5); 表示创建一个初始计数器为5的Semaphore对象

3. 申请资源：当一个线程需要访问资源时，可以调用 acquire() 方法来申请Semaphore。例如， semaphore.acquire(); 表示线程申请Semaphore，如果计数器大于0，则计数器减1，否则线程将被阻塞。

4. 使用资源：线程成功申请到Semaphore后，可以继续执行访问资源的逻辑。

5. 释放资源：当一个线程使用完资源后，必须调用 release() 方法释放Semaphore。例如， semaphore.release(); 表示线程释放Semaphore，计数器加1。

Demo

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreExample {
    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(2); // 创建Semaphore对象，初始计数器为2

        // 创建多个线程
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread thread = new Thread(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire(); // 申请Semaphore
                    System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " acquired the semaphore.");
                    // 访问资源的逻辑
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release(); // 释放Semaphore
                    System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " released the semaphore.");
                }
            });
            thread.start();
        }
    }
}

在上述示例中，创建了一个Semaphore对象，初始计数器为2。然后创建了5个线程，每个线程在执行前先申请Semaphore，如果计数器大于0，则继续执行，否则被阻塞。线程执行完逻辑后，释放Semaphore，计数器加1。

这样就可以通过Semaphore来控制并发访问资源的数量，避免资源竞争和死锁的问题。