一文講清Java中的信号量semaphore到底幹嘛的

信号量（英語：semaphore）又稱為信号标，是一個同步對象，用于保持在0至指定最大值之間的一個計數值。當線程完成一次對該semaphore對象的等待（wait）時，該計數值減一；當線程完成一次對semaphore對象的釋放（release）時，計數值加一。當計數值為0，則線程等待該semaphore對象不再能成功直至該semaphore對象變成signaled狀态。semaphore對象的計數值大于0，為signaled狀态；計數值等于0，為nonsignaled狀态.

semaphore對象适用于控制一個僅支援有限個使用者的共享資源，是一種不需要使用忙碌等待（busy waiting）的方法。

信号量的概念是由荷蘭計算機科學家艾茲赫爾·戴克斯特拉（Edsger W. Dijkstra）發明的，廣泛的應用于不同的作業系統中。在系統中，給予每一個程序一個信号量，代表每個程序目前的狀态，未得到控制權的程序會在特定地方被強迫停下來，等待可以繼續進行的信号到來。如果信号量是一個任意的整數，通常被稱為計數信号量（Counting semaphore），或一般信号量（general semaphore）；如果信号量隻有二進制的0或1，稱為二進制信号量（binary semaphore）。在linux系統中，二進制信号量（binary semaphore）又稱互斥鎖（Mutex）。

計數信号量具備兩種操作動作，稱為V（signal()）與P（wait()）（即部分參考書常稱的“PV操作”）。V操作會增加信号标S的數值，P操作會減少它。

運作方式：

初始化，給與它一個非負數的整數值。

運作P（wait()），信号标S的值将被減少。企圖進入臨界區段的程序，需要先運作P（wait()）。當信号标S減為負值時，程序會被擋住，不能繼續；當信号标S不為負值時，程序可以獲準進入臨界區段。

運作V（signal()），信号标S的值會被增加。結束離開臨界區段的程序，将會運作V（signal()）。當信号标S不為負值時，先前被擋住的其他程序，将可獲準進入臨界區段。

Windows API提供的semaphore

線程使用CreateSemaphore或CreateSemaphoreEx函數建立一個semaphore對象[1]。此時可以指定semaphore的目前計數值與計數值上限；也可指定semaphore對象的名字。其他程序中的線程可以指出已存在的semaphore對象的名字通過調用OpenSemaphore函數打開它。

如果多個線程在等待一個semaphore對象，不保證按照先進先出（FIFO）順序排程這些等待線程。外部事件，如核心模式的異步過程調用可改變等待順序。

在semaphore對象為signaled狀态時，等待函數傳回會把該semaphore對象計數值減1。函數ReleaseSemaphore把semaphore對象的計數值增加指定的值。任何線程，哪怕它沒有等待完成過該semaphore對象，也可以使用ReleaseSemaphore來增加semaphore對象的計數。如果ReleaseSemaphore導緻對象計數值超過上限，則該函數調用失敗，傳回298号錯誤：“Too many posts were made to a semaphore”。

一個線程多次等待同一個semaphore對象，每次等待操作完成都會降低semaphore對象計數值（直至計數值為0時該線程阻塞）。然而，通過multiple-object等待函數使用一個數組包含着同一個semaphore對象的多個句柄，不能實作對這個semaphore對象計數值的多次下降。

用完semaphore對象後，調用CloseHandle函數關閉它。semaphore對象的最後一個句柄被關閉後，作業系統會摧毀它。關閉semaphore并不影響它的計數值。是以，關閉semaphore前或者程序終止前，要確定已經正确調用過ReleaseSemaphore。否則，挂起等待該semaphore對象的線程會永久阻塞或逾時傳回。