信号量Semaphore和线程池的差异

信号量Semaphore是一个并发工具类，用来控制可同时并发的线程数，其内部维护了一组虚拟许可，通过构造器指定许可的数量，每次线程执行操作时先通过acquire方法获得许可，执行完毕再通过release方法释放许可。如果无可用许可，那么acquire方法将一直阻塞，直到其它线程释放许可。

线程池用来控制实际工作的线程数量，通过线程复用的方式来减小内存开销。线程池可同时工作的线程数量是一定的，超过该数量的线程需进入线程队列等待，直到有可用的工作线程来执行任务。

使用Seamphore，你创建了多少线程，实际就会有多少线程进行执行，只是可同时执行的线程数量会受到限制。但使用线程池，你创建的线程只是作为任务提交给线程池执行，实际工作的线程由线程池创建，并且实际工作的线程数量由线程池自己管理。

简单来说，线程池实际工作的线程是work线程，不是你自己创建的，是由线程池创建的，并由线程池自动控制实际并发的work线程数量。而Seamphore相当于一个信号灯，作用是对线程做限流，Seamphore可以对你自己创建的的线程做限流（也可以对线程池的work线程做限流），Seamphore的限流必须通过手动acquire和release来实现。

区别就是两点：

• 使用线程池，实际工作线程由线程池创建；使用Seamphore，实际工作的线程由你自己创建
• 限流是否自动实现：线程池自动，Seamphore手动

Semaphore

  public static void testSeamphore() {
    Semaphore semaphore = new Semaphore(2);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      Thread thread = new Thread() {
        public void run() {
          try {
            semaphore.acquire();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start running **********************");
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " stop running  ----------------------");
            semaphore.release();
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
      };
      thread.setName("my thread " + i);
      thread.start();
    }
  }


//// 结果，创建了5个线程
my thread 0 start running **********************
my thread 1 start running **********************
my thread 0 stop running  ----------------------
my thread 1 stop running  ----------------------
my thread 2 start running **********************
my thread 3 start running **********************
my thread 3 stop running  ----------------------
my thread 2 stop running  ----------------------
my thread 4 start running **********************
my thread 4 stop running  ----------------------

线程池

  public static void testPool() {
    ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 5,
        0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
        new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
 
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      Thread thread = new Thread() {
        public void run() {
          try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start running **********************");
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " stop running  ----------------------");
          } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
          }
        }
      };
      thread.setName("my thread " + i);
      executorService.submit(thread);
    }
    executorService.shutdown();
  }

//// 结果，只会创建两个线程
pool-1-thread-1 start running **********************
pool-1-thread-2 start running **********************
pool-1-thread-2 stop running  ----------------------
pool-1-thread-1 stop running  ----------------------
pool-1-thread-1 start running **********************
pool-1-thread-2 start running **********************
pool-1-thread-1 stop running  ----------------------
pool-1-thread-2 stop running  ----------------------
pool-1-thread-1 start running **********************
pool-1-thread-1 stop running  ----------------------

Semaphore作为互斥锁的体现

Semaphore实现互斥锁的方式是使用初始值为1的Semaphore对象，这样每条线程获取许可后必须释放许可，其它线程才能获取许可，当前拥有许可的线程就拥有了互斥锁。

    public static void testMutex() {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(1);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread() {
                public void run() {
                    try {
                        semaphore.acquire();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已获得许可");
                        Thread.sleep(2000);
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已释放许可");
                        semaphore.release();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }
    }

//// 结果
Thread-0已获得许可
Thread-0已释放许可
Thread-1已获得许可
Thread-1已释放许可
Thread-2已获得许可
Thread-2已释放许可
Thread-3已获得许可
Thread-3已释放许可
Thread-4已获得许可
Thread-4已释放许可

Semaphore先release后acquire

Seamphore有一种特殊的使用场景，即先释放许可，后申请许可，此时会额外增加一个许可。

实际编程中要额外小心，如下的实例，通过new Semaphore(0)创建的信号量，默认许可数是0，如果先调用release，会增加一个许可，再次acquire便可以获取新增的许可。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Semaphore semaphore = new Semaphore(0);
    System.out.println(semaphore.availablePermits());
    semaphore.release();
    System.out.println(semaphore.availablePermits());
    semaphore.acquire(); //阻塞
    System.out.println(semaphore.availablePermits());
}

//// 结果
0
1
0

所以上面的代码实际上不会发生阻塞，而是直接输出0 1 0。本例中如果将release和acquire调换位置，则一定会发生阻塞。