信号量Semaphore一篇文章叫你明白

已经习惯了阿里面试官的冷笑：用过Semaphore吧，不妨说说?

本质就是 信号量模型，模型图如下：

其中的 计数器 和 等待队列 对外部是透明的，仅能通过提供的三大方法访问它们。

详细说说哪三大方法?

init()

用于设置计数器的初始值。

down()

计数器-1。若此时计数器<0，则当前线程被 阻塞。

up()

计数器+1。若此时计数器≤0，则唤醒 等待队列 中的一个线程，并将其从【等待队列】移除。有同学可能会认为这里的判断条件应该≥0，估计你是理解成生产者-消费者模式中的生产者了。可以反过来想，>0 意味着没有阻塞的线程，所以只有 ≤0 时才需要唤醒一个等待的线程。

down()、up()应配对使用，并按序使用：

先调用down()，获取锁
执行处理完后，调用up()，释放锁
若信号量init值为1，并发场景下应该不会出现>0情况，除非故意调先用up()，但这也失去了信号量的意义。

注意，这些方法都是原子性的，由信号量模型的实现方保证。JDK里的信号量模型就是由Semaphore实现，Semaphore保证了这三个方法都是原子操作。

talk is cheap，show me code？

信号量模型中的down()、up()最早被称为P操作和V操作，信号量模型也称PV原语。还有的人会用semWait()和semSignal()表达它们，叫法不同，语义都相同。JUC的acquire()、release()分别对应down()和up()。

就像信号灯，必须先检查是否为绿灯才能通过。比如累加器，count+=1操作是个临界区，只允许一个线程执行，也就是说要保证互斥。

假设线程t1、t2同时访问add()，当同时调用acquire时，由于acquire是个原子操作，仅会有一个线程(假设t1)把信号量里的计数器减为0，t2则是将计数器减为-1：

对t1，信号量里面的计数器的值是0，≥0，所以t1不会被阻塞，而是继续执行
对t2，信号量里面的计数器的值是-1，<0，所以t2被阻塞
所以此时只有t1会进入临界区执行count+=1。

当t1执行release()，信号量里计数器的值是-1，加1之后的值是0，≤0，根据up()，此时等待队列中的t2会被唤醒。于是t2在t1执行完临界区代码后，才获得进入临界区执行的机会，这就保证了互斥。

既然有JDK提供了Lock，为啥还要提供一个Semaphore ?

实现互斥锁，仅是 Semaphore的部分功能，Semaphore还可以允许多个线程访问一个临界区。

最常见的就是各种池化资源，比如数据库连接池，同一时刻，允许多个线程同时使用连接池。每个连接在被释放前，不允许其他线程使用。

对象池要求一次性创建出N个对象，之后所有的线程重复利用这N个对象，当然对象在被释放前，也是不允许其他线程使用的。所以核心就是限流器，这里的限流指不允许多于N个线程同时进入临界区。

如何快速实现一个这样的限流器呢?

那就是信号量。把计数器的值设置成对象池里对象的个数N即可：

注意这里使用的是 Vector，进入临界区的N个线程不安全。add/remove都是不安全的。比如 ArrayList remove() ：

好的，请回家等通知吧!

本文地址：https://www.linuxprobe.com/semaphore-down.html