闲谈一下 Semaphore

Semaphore 在项目中使用很少，直到我读了一个开源项目，原来 Semaphore 可以被恰当地使用的。

一、Semaphore 简介

Semaphore（信号量）是一种计数器，用于限制同时访问特定资源或执行某段代码的线程数量。

它内部维护了一个许可的数量，每当一个线程进入需要被保护的代码块时，就尝试获取一个许可或者多个；当离开这个代码块时，则释放该许可。

如果所有许可都被占用，那么新请求许可的线程将等待。

Semaphore信号量与 CountDownLatch 不同的是，它内部的计数器是递增的，并且在一开始初始化允许的最大值。

二、初识 Semaphore

第一次正式认识 Semaphore 还是在一款开源软件上。

项目地址：gitee.com/uzongn/java…（fork到自己的仓库了）

项目简单介绍： Aliyun LOG Java Producer 是一个易于使用且高度可配置的 Java 类库，专门为运行在大数据、高并发场景下的 Java 应用量身打造。

2.1 Semaphore 的用途

用于控制正在发送空间的大小，类似于限流。 在这个开源软件它是这么使用的。下面是参数说明：maxBlockMs 表示最大的可用空间

类的位置：com.aliyun.openservices.aliyun.log.producer.LogProducer

memoryController 用于控制当前机器中正在发送中的日志内存总大小。

com.aliyun.openservices.aliyun.log.producer.internals.LogAccumulator

在这段逻辑中， 由于发送的日志是并发的，为了防止发送占用内存过大， Semaphore 类型的变量 memoryController，用于控制正在发送的内存总大小。 这样避免过多的发送线程发送日志，导致内存溢出。

简而言之：限流，限制发送日志的内存占用量。

三、Semaphore 使用注意事项

Semaphore调用acquire()获取许可， try ... finally在finally中释放许可。通常建议放在 finally 代码块中。

调用acquire()可能会进入等待，直到满足条件为止。也可以使用tryAcquire()指定等待时间：

另外：避免线程等待，可以设置最长等待时长。

获取许可不允许设置负数。

public boolean tryAcquire(int permits) {
    if (permits < 0) throw new IllegalArgumentException();
    return sync.nonfairTryAcquireShared(permits) >= 0;
}

四、应用场景

根据 Semaphore 的特性，可以围绕 “限流” 场景，进行合理的落地。（注意是虚拟机级别的，非分布式）

五、Semaphore 内部结构

Semaphore的核心在于其内部类Sync，它继承自AbstractQueuedSynchronizer（AQS），这是其核心。Sync类通过getState()和setState(int newState)方法管理许可数量。

• 非公平模式：NonfairSync类通过nonfairTryAcquireShared(int acquires)和nonfairTryReleaseShared(int releases)方法实现许可的获取和释放，这种方式下，线程的调度可能不是公平的。
• 公平模式：FairSync类通过tryAcquireShared(int acquires)和tryReleaseShared(int releases)方法实现许可的获取和释放，这种方式下，线程调度是公平的，即按照线程等待的顺序来分配许可。

默认是：非公平模式

 public Semaphore(int permits) {
        sync = new NonfairSync(permits);
 }

公平策略： 看当前线程节点的前驱节点是否也在等待获取该资源，如果是则放弃获取的权限，然后加入 AQS 阻塞队列，否则就直接获取。

六、总结

Semaphore 跟 CountDownLatch 一样，都复用 AQS 的能力。 另外都使用for(;;) 自旋 ，compareAndSetState 对 state 进行安全操作

整体上而言，Semaphore 在使用限流上经常被其他工具所替代，比如 guava#Ratelimiter 限流工具。所以在使用上不多。感兴趣可以再深入挖掘。