Java信号量控制并发,Semaphore使用详解
Java中的Semaphore(信号量)是一种轻量、高效的并发控制工具,通过许可机制精准限制同时访问共享资源的线程数量,既可用于数据库连接池、API限流等典型场景,也能灵活适配文件操作、设备访问等资源受限环境;它不替代互斥锁,而是专注“并发度治理”,配合公平/非公平模式选择与严谨的acquire/release配对使用,能在几乎不侵入业务逻辑的前提下显著提升系统稳定性与抗压能力。

在Java多线程编程中,控制并发访问数量是保障系统稳定性的关键。Semaphore(信号量)正是为此设计的同步工具,它能有效限制同时访问某一资源的线程数量,常用于实现限流、资源池管理等场景。
什么是Semaphore
Semaphore是java.util.concurrent包中的一个同步器,通过维护一组许可证(permits)来控制对资源的访问。线程在访问资源前必须先获取许可,访问完成后释放许可。若没有可用许可,线程将被阻塞直到有其他线程释放许可。
例如:设置一个最多允许3个线程并发执行的临界区,就可以初始化一个permit数量为3的Semaphore。
基本使用方法
创建Semaphore时指定许可数量,调用acquire()获取许可,release()释放许可。这两个方法会自动处理线程阻塞与唤醒。
- new Semaphore(int permits):创建具有指定许可数的信号量
- acquire():获取一个许可,可能阻塞
- release():释放一个许可,唤醒等待线程
- acquireUninterruptibly():不可中断地获取许可
- tryAcquire():尝试非阻塞获取许可
示例代码:
模拟数据库连接池限制
假设我们只有3个数据库连接,但有10个线程竞争使用:
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class DBConnectionExample {
// 最多3个连接
private static final Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
public static void main(String[] args) {
for (int i = 1; i {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 尝试获取连接...");
semaphore.acquire(); // 获取许可
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 已获得连接,正在操作数据库");
// 模拟数据库操作耗时
Thread.sleep(2000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 释放连接");
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
} finally {
semaphore.release(); // 释放许可
}
}, "Thread-" + i).start();
}
}
}
运行结果中可以看到,每次只有3个线程能进入执行状态,其余线程等待,直到有线程释放许可。
公平性与非公平模式
Semaphore支持公平和非公平两种模式:
- new Semaphore(permits):默认非公平模式,不保证等待顺序
- new Semaphore(permits, true):公平模式,按FIFO顺序分配许可
公平模式可避免线程饥饿,但吞吐量略低;非公平模式效率更高,但可能某些线程长时间得不到许可。
实际应用场景
Semaphore适用于多种资源受限的并发控制:
- 限制API调用频率,防止服务过载
- 控制文件读写并发数
- 实现对象池或连接池的基础机制
- 保护慢速设备(如打印机)的访问
注意:Semaphore不保证互斥访问(那是synchronized或ReentrantLock的职责),而是控制并发度。
基本上就这些。合理使用Semaphore可以在不修改业务逻辑的前提下,快速实现并发控制,提升系统稳定性。关键是根据资源容量设置合适的许可数量,并确保每次acquire后都有对应的release调用。
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