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信号量与资源控制,Java并发实战技巧

2026-01-19 17:20:34 0浏览 收藏

编程并不是一个机械性的工作,而是需要有思考,有创新的工作,语法是固定的,但解决问题的思路则是依靠人的思维,这就需要我们坚持学习和更新自己的知识。今天golang学习网就整理分享《信号量与资源控制,Java并发核心技巧》,文章讲解的知识点主要包括,如果你对文章方面的知识点感兴趣,就不要错过golang学习网,在这可以对大家的知识积累有所帮助,助力开发能力的提升。

该用 Semaphore 而不是 synchronized 时:需限制同时访问资源的线程数量(如连接池、限流),而非仅互斥;synchronized 无法表达“最多 N 个”,且不支持超时、公平性、非阻塞获取等特性。

Java并发编程中的信号量与资源控制

什么时候该用 Semaphore 而不是 synchronized

当你要限制「同时访问某类资源的线程数量」,而不是「同一时刻只允许一个线程进入某段代码」时,Semaphore 才是正确选择。比如连接池最多 10 个数据库连接、API 调用限流每秒 5 次、文件句柄复用控制等——这些都不是“互斥”,而是“配额”。synchronizedReentrantLock 只能做二元控制(有/无),没法表达“最多 N 个”。

常见错误现象:
- 用 synchronized 包裹整个资源获取逻辑,导致吞吐量暴跌,明明有 8 个空闲连接却只能串行等待;
- 把 Semaphoreacquire() 放在 try 块里,没配对 release(),造成许可证永久泄漏。

  • 许可数设为 1 的 Semaphoresynchronized:前者不保证可重入,后者默认可重入
  • 构造时传 true 表示公平模式(FIFO 等待队列),但会降低吞吐,仅在必须避免饥饿时启用
  • tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) 是防止无限阻塞的关键,尤其在外部依赖超时场景下必须用

Semaphore 的正确释放姿势

许可证必须在资源使用结束后、且无论是否异常都确保归还。最安全的方式是把 release() 放在 finally 块里,且要检查是否真的成功 acquire() 了——因为 tryAcquire() 可能返回 false,此时调用 release() 会抛 IllegalMonitorStateException

Semaphore sem = new Semaphore(3);
boolean acquired = false;
try {
    acquired = sem.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS);
    if (!acquired) {
        throw new RuntimeException("资源不可用");
    }
    // 使用受控资源
    doSomething();
} finally {
    if (acquired) {
        sem.release(); // 必须加条件判断
    }
}

ThreadPoolExecutor 配合时的典型陷阱

很多人用 Semaphore 控制线程池提交任务的并发度,但容易忽略:线程池本身已有队列和拒绝策略,和信号量叠加后行为变得难预测。例如 FixedThreadPool(5) + Semaphore(3),看起来最多 3 个任务运行,实际可能有 5 个线程在跑(信号量只管 acquire/release,不管线程生命周期)。

  • 真正想控的是「执行中任务数」,应优先考虑 ThreadPoolExecutorgetActiveCount() + 自定义拒绝策略,而非外挂 Semaphore
  • 若必须组合使用,确保 acquire() 在任务 真正开始执行前(比如在 Runnable.run() 开头),而不是提交时
  • Semaphore 不感知线程中断,acquireInterruptibly() 才响应 Thread.interrupt(),异步任务中别漏掉这个

性能与监控:许可证耗尽时你在等什么

Semaphore 本身开销极小,但许可证争用严重时,线程会在 AQS 队列里自旋+挂起,表现为 CPU 升高或大量线程处于 WAITING 状态。这时候光看 Semaphore 对象没用,得结合 JVM 线程堆栈和许可剩余数诊断。

  • sem.availablePermits() 定期采样,低于阈值时告警(比如持续 5 秒
  • 通过 sem.getQueueLength() 查看当前阻塞线程数,突然飙升说明下游资源瓶颈已暴露
  • 注意:这两个方法都不加锁,返回的是瞬时快照,不能用于业务逻辑判断

信号量不是银弹,它把资源竞争从“代码段”转移到了“许可证”,而许可证的分配逻辑本身又依赖底层同步机制。真正难的从来不是怎么写 acquire/release,而是确定那个数字 N —— 它得经压测验证,还得随部署环境动态调整。

今天带大家了解了的相关知识,希望对你有所帮助;关于文章的技术知识我们会一点点深入介绍,欢迎大家关注golang学习网公众号,一起学习编程~

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