了解信号量Semaphore和线程池的差异

一、首先要明白Semaphore和线程池各自是干什么？

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。

所以使用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，不管你创建多少线程，实际可执行的线程数是一定的。

以下通过具体的案例来说明二者具体的区别。

1）使用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.start();
        }
    }

我们创建了5个线程，信号量为2，打印如下：

Thread-0 start running **********************
Thread-1 start running **********************
Thread-1 stop running  ----------------------
Thread-0 stop running  ----------------------
Thread-2 start running **********************
Thread-3 start running **********************
Thread-3 stop running  ----------------------
Thread-2 stop running  ----------------------
Thread-4 start running **********************
Thread-4 stop running  ----------------------

通过控制台容易观察，每次最多会打印2条***的记录。可以看出来总共创建的5条线程都执行完毕，5个线程对象互不相同。

2）使用线程池：

    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();
                    }
                }
            };
            executorService.submit(thread);
        }
        executorService.shutdown();
    }

我们创建了一个核心容量为2，总容量为5的线程池，并行执行5个线程任务。打印如下：

pool-1-thread-2 start running **********************
pool-1-thread-1 start running **********************
pool-1-thread-2 stop running  ----------------------
pool-1-thread-1 stop running  ----------------------
pool-1-thread-2 start running **********************
pool-1-thread-1 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  ----------------------

通过控制台容易观察虽然每次最多也是两条***的打印记录，但是执行任务的始终是两条工作线程，这两条工作线程不是我们自己创建的，是线程池提供的。它们是pool-1-thread-1和pool-1-thread-2。

二、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。

以下是具体案例：

    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();
        }
    }

控制台打印如下：

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

可以看出，任何一个线程在释放许可之前，其它线程都拿不到许可。这样当前线程必须执行完毕，其它线程才可执行。这样就实现了互斥。

三、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());
    }

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。

0
1
0