計數訊號量(Counting Semaphore)用來控制同時訪問某個特定資源的運算元量,或者同時執行某個指定操作的數量。計數訊號量還可以用來實現某種資源池,或者對容器施加邊界。

Semaphore中管理著一組虛擬的許可(permit),許可的初始數量可通過建構函式來指定。在執行操作時可以首先獲得許可(只要還有剩餘的許可),並在使用以後釋放即可。如果沒有許可,那麼aquire將阻塞直到有許可(或者直到被中斷或者操作超時)。release方法將返回一個許可給訊號量。

在這種實現中不包含真正的許可物件,並且Semaphore也不會將許可與執行緒關聯起來,因此在一個執行緒中獲得的許可可以在另一個執行緒中釋放。
可以將acquire操作視為是消費一個許可,而release操作是建立一個許可,Semaphore並不受限於它在建立時的初始許可數量。

計算訊號量的一種簡化形式是二值訊號量,即初始值為1的Semaphore。二值訊號量可以用作互斥體(mutex),並具備不可重入的加鎖語義:誰擁有這個唯一的許可,誰就擁有了互斥鎖。

Semaphore可以用於實現資源池,例如資料庫連線池。我們可以構造一個固定長度的資源池,當池為空時,請求資源將會失敗,但你真正希望看到的行為是阻塞而不是失敗,並且當池非空時解除阻塞。如果將Semaphore的計數值初始化為池的大小,並在從池中獲取一個資源之前先呼叫aquire方法獲得一個許可,在將資源返回給池之後呼叫release釋放許可,這樣就實現了固定長度了。

同樣,你可以使用Semaphore將任何一種容器變成有界阻塞容器,如下程式碼所示。訊號量的計數值會初始化為容器容量的最大值。add操作在向底層容器中新增一個元素之前,首先需要獲得一個許可。如果add操作沒有新增任何元素,那麼會立刻釋放許可。同樣remove操作釋放一個許可,使更多的元素能夠新增到容器中。底層的Set實現並不知道關於邊界的任何資訊,這是由BoundedHashSet來處理的。

public class BoundedHashSet <T> {
    private final Set<T> set;
    private final Semaphore sem;

    public BoundedHashSet(int bound) {
        this.set = Collections.synchronizedSet(new HashSet<T>());
        sem = new Semaphore(bound);
    }

    public boolean add(T o) throws InterruptedException {
        sem.acquire();
        boolean wasAdded = false;
        try {
            wasAdded = set.add(o);
            return wasAdded;
        } finally {
            if (!wasAdded)
                sem.release();
        }
    }

    public boolean remove(Object o) {
        boolean wasRemoved = set.remove(o);
        if (wasRemoved)
            sem.release();
        return wasRemoved;
    }
}