并发编程基础-信号量机制

信号量（Semaphore）是一种控制多线程（进程）访问共享资源的同步机制，是由荷兰的Dijkstra大佬在1962年前后提出来的。

信号量的原理

信号量机制包含以下几个核心概念：

1. 信号量S，整型变量，需要初始化值大于0
2. P原语，荷兰语Prolaag(probeer te verlagen)，表示减少信号量，该操作必须是原子的
3. V原语，荷兰语Verhogen，表示增加信号量，该操作必须是原子的

从上图不难看出信号量的两个核心操作，P和V：

1. P操作，原子减少S，然后如果S < 0，则阻塞当前线程
2. V操作，原子增加S，然后如果S <= 0，则唤醒一个阻塞的线程

信号量一般被用来控制多线程对共享资源的访问，允许最多S个线程同时访问临界区，多于S个的线程会被P操作阻塞，直到有线程执行完临界区代码后，调用V操作唤醒。所以PV操作必须是成对出现的。

那么信号量可以用来干什么呢？

1. 信号量似乎天生就是为限流而生的，我们可以很容易用信号量实现一个限流器。
2. 信号量可以用来实现互斥锁，初始化信号量S = 1，这样就只能有一个线程能访问临界区。很明显这是一个不可重入的锁。
3. 信号量甚至能够实现条件变量，比如阻塞队列

动手实现一个信号量

学习这些经典理论的时候，最好的办法还是用自己熟悉的编程语言实现一遍。Java并发包提供了一个信号量的java.util.concurrent.Semaphore，是用AbstractQueuedSynchronizer的共享模式实现的，以后会单独分析关于AQS相关的原理，这里不再展开描述，其核心思想是CAS。 下面是我用Java实现的一个简单的信号量，这里使用synchronized来替代互斥锁

信号量实现

publicclassSemaphore {
/**
     * 信号量S
     */privateint s;

publicSemaphore(int s) {
this.s = s;
    }

/**
     * P原语，原子操作
     * <p>
     * S减decr，如果S小于0，阻塞当前线程
     */publicsynchronizedvoidp(int decr) {
        s -= decr;
if (s < 0) {
try {
                wait();
            }catch (InterruptedException e) {
// ...
            }
        }
    }

/**
     * V原语，原子操作
     * <p>
     * S加incr，如果S小于等于0，唤醒一个等待中的线程
     */publicsynchronizedvoidv(int incr) {
        s += incr;
if (s <= 0) {
            notify();
        }
    }
}

用信号量限流