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在Java中Semaphore如何控制并发数_Java信号量机制解析

P粉602998670

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发布时间:2026-01-14 11:27:32

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原创

new Semaphore(5) 控制的是最多5个线程同时进入临界区,而非总线程数;必须配对调用acquire()/release(),否则导致并发失控、卡死或异常。

在java中semaphore如何控制并发数_java信号量机制解析

为什么 new Semaphore(5) 不等于最多 5 个线程同时执行

关键在于 Semaphore 控制的是「进入临界区」的并发数,不是线程总数。如果线程没调用 acquire() 就直接干活,或者忘了 release(),那并发控制就完全失效。

常见错误现象:
– 并发量远超设定值
– 程序卡死(部分线程一直阻塞在 acquire()
– 出现 IllegalMonitorStateException(误在未持有许可时调用 release()

  • 必须确保每个业务逻辑入口都包裹 acquire() / release(),推荐用 try-finally 或 try-with-resources(配合 tryAcquire() 自定义超时)
  • 构造时传 false(非公平模式)性能略高;传 true(公平模式)能避免饥饿,但吞吐下降约 10%~20%
  • 注意 Semaphore 不绑定线程——同一个线程可多次 acquire()(需对应次数 release()),也支持跨线程释放

acquire()、tryAcquire()、acquireUninterruptibly() 怎么选

三者核心区别在「是否响应中断」和「是否阻塞等待」:

  • acquire():可被 Thread.interrupt() 中断,抛 InterruptedException;若无许可则阻塞,直到获取成功
  • tryAcquire():不阻塞,立即返回 boolean;可带超时参数(tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)),超时未获取到返回 false
  • acquireUninterruptibly():不响应中断,即使线程被 interrupt 也会继续阻塞等待许可;适合不能中途退出的关键路径

使用场景建议:
– Web 请求限流 → 优先用 tryAcquire(100, MILLISECONDS),超时直接返回降级响应
– 批处理任务协调 → acquire() + try-catch 处理中断
– 数据库连接池内部调度 → acquireUninterruptibly() 避免因外部中断导致资源泄漏

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permit 数量设错会导致什么后果

Semaphore 的 permit 是计数器,初始值决定最大并发能力,但它的语义容易被误解:

  • 设为 0:所有 acquire() 立即阻塞,常用于“启动门控”(如等待配置加载完成再放行)
  • 设为负数:合法!new Semaphore(-3) 表示初始有 -3 个许可,首次 release() 后才变为 -2,直到第 4 次 release() 才达到 0;可用于反向计数场景(如限制最多失败 3 次)
  • 动态调整:无法直接修改 permit 总数,但可通过反复 release() / acquire() 模拟扩容缩容(不推荐,易出错)

性能影响:
– permit 数量本身不影响性能,但过小会导致大量线程排队,getQueueLength() 可能飙升
– 高并发下,频繁争抢 permit 会增加 CAS 失败率,建议结合业务峰值设为略高于平均并发的值(如均值 8 → 设 12)

和 synchronized、ReentrantLock 对比时该用谁

三者根本目标不同:
synchronizedReentrantLock 解决「同一时刻只能一个线程访问某段代码」;Semaphore 解决「同一时刻最多 N 个线程访问某类资源」。

  • 需要「N 选一」互斥 → 用 ReentrantLock(支持条件队列、可中断、公平性可控)
  • 只控制方法入口并发,且 N > 1 → Semaphore 更自然(lock() 无法表达“允许 5 个”)
  • 简单同步块、无超时/中断需求 → synchronized 字节码更紧凑,JVM 优化更好

特别注意:
Semaphore 不提供内存可见性保证(不像 ReentrantLock 隐含 happens-before),共享变量仍需 volatileAtomic 类型
– 不要混用:用 Semaphore 控制了并发,又在内部加 synchronized,可能造成双重阻塞

// 示例:API 限流器(每秒最多 10 次请求)
public class ApiRateLimiter {
    private final Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

    public boolean tryAccess() {
        return semaphore.tryAcquire(1, 1, TimeUnit.SECONDS);
    }

    public void finish() {
        semaphore.release();
    }
}
实际用的时候,最易忽略的是 permit 的「生命周期管理」——它不和线程绑定,也不自动回收。一次 acquire() 必须配一次 release(),漏掉一次,可用 permit 就永久少一个。

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