Semaphore是一種在多執行緒環境下使用的設施，該設施負責協調各個執行緒，以保證它們能夠正確、合理的使用公共資源的設施，也是作業系統中用於控制程序同步互斥的量。Semaphore是一種計數訊號量，用於管理一組資源，內部是基於AQS的共享模式。它相當於給執行緒規定一個量從而控制允許活動的執行緒數。

1.工作原理

以一個停車場是運作為例。為了簡單起見，假設停車場只有三個車位，一開始三個車位都是空的。這時如果同時來了五輛車，看門人允許其中三輛不受阻礙的進入，然後放下車攔，剩下的車則必須在入口等待，此後來的車也都不得不在入口處等待。這時，有一輛車離開停車場，看門人得知後，開啟車攔，放入一輛，如果又離開兩輛，則又可以放入兩輛，如此往復。這個停車系統中，每輛車就好比一個執行緒，看門人就好比一個訊號量，看門人限制了可以活動的執行緒。假如裡面依然是三個車位，但是看門人改變了規則，要求每次只能停兩輛車，那麼一開始進入兩輛車，後面得等到有車離開才能有車進入，但是得保證最多停兩輛車。對於Semaphore類而言，就如同一個看門人，限制了可活動的執行緒數。

Semaphore主要方法：

Semaphore(int permits):構造方法，建立具有給定許可數的計數訊號量並設定為非公平訊號量。

Semaphore(int permits,boolean fair):構造方法，當fair等於true時，建立具有給定許可數的計數訊號量並設定為公平訊號量。

void acquire():從此訊號量獲取一個許可前執行緒將一直阻塞。相當於一輛車佔了一個車位。

void acquire(int n):從此訊號量獲取給定數目許可，在提供這些許可前一直將執行緒阻塞。比如n=2，就相當於一輛車佔了兩個車位。

void release():釋放一個許可，將其返回給訊號量。就如同車開走返回一個車位。

void release(int n):釋放n個許可。

int availablePermits()：當前可用的許可數。

2.例項講解

        接下來舉個例子，就是關於每個人的個人資訊，那麼一個人佔用一個執行緒，並用Semphore類建立物件從而初始化訊號量，控制可活動的執行緒數。具體程式碼如下：

package concurrent;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
public class SemaphoreDemo {
	private static final Semaphore semaphore=new Semaphore(3);
	private static final ThreadPoolExecutor threadPool=new ThreadPoolExecutor(5,10,60,TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
	
	private static class InformationThread extends Thread{
		private final String name;
		private final int age;
		public InformationThread(String name,int age)
		{
			this.name=name;
			this.age=age;
		}
		
		public void run()
		{
			try
			{
				semaphore.acquire();
				System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":大家好，我是"+name+"我今年"+age+"歲當前時間為："+System.currentTimeMillis());
				Thread.sleep(1000);
				System.out.println(name+"要準備釋放許可證了，當前時間為："+System.currentTimeMillis());
				System.out.println("當前可使用的許可數為："+semaphore.availablePermits());
				semaphore.release();
				
			}
			catch(InterruptedException e)
			{
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	public static void main(String[] args)
	{
		String[] name= {"李明","王五","張傑","王強","趙二","李四","張三"};
		int[] age= {26,27,33,45,19,23,41};
		for(int i=0;i<7;i++)
		{
			Thread t1=new InformationThread(name[i],age[i]);
			threadPool.execute(t1);
		}
	}

}
 

執行上述程式結果如下：

pool-1-thread-3:大家好，我是張傑我今年33歲當前時間為：1520424000186
pool-1-thread-1:大家好，我是李明我今年26歲當前時間為：1520424000186
pool-1-thread-2:大家好，我是王五我今年27歲當前時間為：1520424000186
張傑要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424001187
李明要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424001187
王五要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424001187
當前可使用的許可數為：0
當前可使用的許可數為：0
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-4:大家好，我是王強我今年45歲當前時間為：1520424001187
pool-1-thread-2:大家好，我是張三我今年41歲當前時間為：1520424001187
pool-1-thread-1:大家好，我是李四我今年23歲當前時間為：1520424001187
李四要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424002187
王強要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424002187
當前可使用的許可數為：0
張三要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424002187
pool-1-thread-5:大家好，我是趙二我今年19歲當前時間為：1520424002187
當前可使用的許可數為：0
當前可使用的許可數為：0
趙二要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424003188
當前可使用的許可數為：2

以上是非公平訊號量，將建立Semaphore物件的語句改為如下語句：

private static final Semaphore semaphore=new Semaphore(3,true);

執行程式：

pool-1-thread-2:大家好，我是王五我今年27歲當前時間為：1520424286454
pool-1-thread-3:大家好，我是張傑我今年33歲當前時間為：1520424286454
pool-1-thread-1:大家好，我是李明我今年26歲當前時間為：1520424286454
pool-1-thread-1:李明要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424287455
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-2:王五要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424287455
pool-1-thread-3:張傑要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424287455
當前可使用的許可數為：0
當前可使用的許可數為：1
pool-1-thread-1:大家好，我是李四我今年23歲當前時間為：1520424287455
pool-1-thread-5:大家好，我是趙二我今年19歲當前時間為：1520424287455
pool-1-thread-4:大家好，我是王強我今年45歲當前時間為：1520424287455
pool-1-thread-4:王強要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424288456
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-1:李四要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424288456
pool-1-thread-3:大家好，我是張三我今年41歲當前時間為：1520424288456
pool-1-thread-5:趙二要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424288456
當前可使用的許可數為：0
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-3:張三要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424289456
當前可使用的許可數為：2

3.實現單例模式

        將建立訊號量物件語句修改如下：

private static final Semaphore semaphore=new Semaphore(1);

        執行程式，結果如下：

pool-1-thread-1:大家好，我是李明我今年26歲當前時間為：1520424379699
pool-1-thread-1:李明要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424380700
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-2:大家好，我是王五我今年27歲當前時間為：1520424380700
pool-1-thread-2:王五要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424381701
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-3:大家好，我是張傑我今年33歲當前時間為：1520424381701
pool-1-thread-3:張傑要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424382702
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-4:大家好，我是王強我今年45歲當前時間為：1520424382702
pool-1-thread-4:王強要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424383702
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-5:大家好，我是趙二我今年19歲當前時間為：1520424383702
pool-1-thread-5:趙二要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424384702
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-1:大家好，我是李四我今年23歲當前時間為：1520424384702
pool-1-thread-1:李四要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424385702
當前可使用的許可數為：0
pool-1-thread-2:大家好，我是張三我今年41歲當前時間為：1520424385702
pool-1-thread-2:張三要準備釋放許可證了，當前時間為：1520424386703
當前可使用的許可數為：0

        如上可知，如果將給定許可數設定為1，就如同一個單例模式，即單個停車位，只有一輛車進，然後這輛車出來後，下一輛車才能進。

4.總結

        Semaphore主要用於控制當前活動執行緒數目，就如同停車場系統一般，而Semaphore則相當於看守的人，用於控制總共允許停車的停車位的個數，而對於每輛車來說就如同一個執行緒，執行緒需要通過acquire()方法獲取許可，而release()釋放許可。如果許可數達到最大活動數，那麼呼叫acquire()之後，便進入等待佇列，等待已獲得許可的執行緒釋放許可，從而使得多執行緒能夠合理的執行。