Java Semaphore实现高并发场景下的流量控制

Semaphore是Java Concurrency API中一个用于实现流量控制的工具类。它可以控制同一时间请求某项资源的线程数量，以达到限流的效果。本文将详细介绍Semaphore的用法以及如何在高并发场景下使用它进行流量控制。

Semaphore的使用

Semaphore的创建：

Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

上面的代码创建了一个容量为10的Semaphore。在acquire()方法被调用10次之前，所有的线程都无法获得semaphore信号量的许可。如果此时有线程尝试去获取许可，那么该线程就会一直等待，直到某个线程释放许可为止。Semaphore的几个关键方法：

• acquire()

获取一个资源，如果当前信号量资源已经耗尽，那么就会被阻塞直到其他线程释放资源

• acquire(int permits)

获取permits个资源，如果当前信号量资源不够，那么线程将被阻塞

• release()

释放一个资源，将信号量数量加1

• release(int permits)

释放permits个资源，将信号量数量加上相应数值

Semaphore还有一个构造方法：

Semaphore(int permits, boolean fair)

其中的fair表示是否使用公平锁。公平锁的意思是等待时间比较久的线程会被优先唤醒，而不是随机唤醒。

Semaphore的应用示例

限制并发请求数量

在Web开发中，经常需要对某个接口进行限流，以便保证系统的稳定性。下面是一个使用Semaphore实现接口限流的示例：

public class RateLimiter {
    // 限流器令牌桶算法实现
    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(10);

    public static void main(String[] args) {
        // 测试代码
        for(int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(() -> {
                try {
                    semaphore.acquire();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始处理请求");
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "请求处理完成");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    semaphore.release();
                }
            }, "Thread-" + i).start();
        }
    }
}

上面的代码中，Semaphore的容量为10，这意味着同一时间最多只能有10个线程同时处理请求。如果有第11个线程尝试获取许可，那么它将被阻塞直到其他线程释放许可。

控制数据库连接池的使用

在数据库连接池中，为了避免过多的线程同时使用数据库连接，需要设置连接池的最大容量。使用Semaphore可以方便地控制同一时间内可以有多少个线程使用连接池。下面是一个简单的控制连接池并发访问的示例代码：

public class ConnectionPool {
    // 数据库连接池
    private List<Connection> pool = new ArrayList<>();
    // 连接池的容量
    private final Semaphore semaphore;

    public ConnectionPool(int size) {
        for(int i = 0; i < size; i++) {
            pool.add(Connection.create());
        }
        semaphore = new Semaphore(size);
    }

    // 获取数据库连接
    public Connection acquire() throws InterruptedException {
        semaphore.acquire();
        return pool.remove(0);
    }

    // 释放数据库连接
    public void release(Connection connection) {
        pool.add(connection);
        semaphore.release();
    }
}

上面的代码中，ConnectionPool维护一个容量为size的连接池，Semaphore的容量也为size。当用户需要获取连接时，首先需要通过acquire()方法获取semaphore的许可，如果当前没有许可，则当前线程将被阻塞。当用户释放连接时，需要调用release()方法将连接归还给连接池并将semaphore的许可数量加1。

总结

Semaphore是Java中的一个用于实现流量控制的工具类，它可以控制同一时间请求某项资源的线程数量，以达到限流的效果。Semaphore使用起来非常方便，可以用来控制接口并发请求数量、控制连接池的使用等场景，非常适合高并发场景下的流量控制。