Java信号量全解析
前言：
Semaphore（信号量）是一个线程同步结构，用于在线程间传递信号，以避免出现信号丢失（译者注：下文会具体介绍），或者像锁一样用于保护一个关键区域。自从5.0开始，jdk在java.util.concurrent包里提供了Semaphore的官方实现，因此大家不需要自己去实现Semaphore。但是还是很有必要去熟悉如何使用Semaphore及其背后的原理
内容主题：
一、简单的Semaphore实现
下面是一个信号量的简单实现：
publicclassSemaphore{
privatebooleansignal=false;
publicsynchronizedvoidtake(){
this.signal=true;
this.notify();1011}
publicsynchronizedvoidrelease()throwsInterruptedException{
while(!this.signal)wait();
this.signal=false;
}
}
Take方法发出一个被存放在Semaphore内部的信号，而Release方法则等待一个信号，当其接收到信号后，标记位signal被清空，然后该方法终止。
使用这个semaphore可以避免错失某些信号通知。用take方法来代替notify，release方法来代替wait。如果某线程在调用release等待之前调用take方法，那么调用release方法的线程仍然知道take方法已经被某个线程调用过了，因为该Semaphore内部保存了take方法发出的信号。而wait和notify方法就没有这样的功能。
当用semaphore来产生信号时，take和release这两个方法名看起来有点奇怪。这两个名字来源于后面把semaphore当做锁的例子，后面会详细介绍这个例子，在该例子中，take和release这两个名字会变得很合理。
二、使用Semaphore来产生信号
下面的例子中，两个线程通过Semaphore发出的信号来通知对方
Semaphoresemaphore=newSemaphore();
SendingThreadsender=newSendingThread(semaphore)；
ReceivingThreadreceiver=newReceivingThread(semaphore);
receiver.start();
sender.start();
publicclassSendingThread{
Semaphoresemaphore=null;
publicSendingThread(Semaphoresemaphore){
this.semaphore=semaphore;
}
publicvoidrun(){
while(true){
//dosomething,thensignal
this.semaphore.take();
}
}
}
publicclassRecevingThread{
Semaphoresemaphore=null;
publicReceivingThread(Semaphoresemaphore){
this.semaphore=semaphore;
}
publicvoidrun(){
while(true){
this.semaphore.release();
//receivesignal,thendosomething...
}
}
}
三、可计数的Semaphore
上面提到的Semaphore的简单实现并没有计算通过调用take方法所产生信号的数量。可以把它改造成具有计数功能的Semaphore。下面是一个可计数的Semaphore的简单实现。
publicclassCountingSemaphore{
privateintsignals=0;
publicsynchronizedvoidtake(){
this.signals++;0809this.notify();
}
publicsynchronizedvoidrelease()throwsInterruptedException{
while(this.signals==0)wait();
this.signals--;
}
}
四、有上限的Semaphore
上面的CountingSemaphore并没有限制信号的数量。下面的代码将CountingSemaphore改造成一个信号数量有上限的BoundedSemaphore。
publicclassBoundedSemaphore{
privateintsignals=0;
privateintbound=0;
publicBoundedSemaphore(intupperBound){
this.bound=upperBound;
}
publicsynchronizedvoidtake()throwsInterruptedException{
while(this.signals==bound)wait();
this.signals++;
this.notify();
}
publicsynchronizedvoidrelease()throwsInterruptedException{
while(this.signals==0)wait();
this.signals--;
this.notify();
}
}
在BoundedSemaphore中，当已经产生的信号数量达到了上限，take方法将阻塞新的信号产生请求，直到某个线程调用release方法后，被阻塞于take方法的线程才能传递自己的信号。
五、把Semaphore当锁来使用
当信号量的数量上限是1时，Semaphore可以被当做锁来使用。通过take和release方法来保护关键区域。请看下面的例子：
BoundedSemaphoresemaphore=newBoundedSemaphore(1);
...
semaphore.take();
try{
//criticalsection
}finally{
semaphore.release();
}
在前面的例子中，Semaphore被用来在多个线程之间传递信号，这种情况下，take和release分别被不同的线程调用。但是在锁这个例子中，take和release方法将被同一线程调用，因为只允许一个线程来获取信号（允许进入关键区域的信号），其它调用take方法获取信号的线程将被阻塞，知道第一个调用take方法的线程调用release方法来释放信号。对release方法的调用永远不会被阻塞，这是因为任何一个线程都是先调用take方法，然后再调用release。
通过有上限的Semaphore可以限制进入某代码块的线程数量。设想一下，在上面的例子中，如果BoundedSemaphore上限设为5将会发生什么？意味着允许5个线程同时访问关键区域，但是你必须保证，这个5个线程不会互相冲突。否则你的应用程序将不能正常运行。
必须注意，release方法应当在finally块中被执行。这样可以保在关键区域的代码抛出异常的情况下，信号也一定会被释放。
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