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Java中的java.util.concurrent.Semaphore_类库实现的流量控制与资源限流

P粉602998670

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发布时间:2026-02-11 13:38:42

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来源于php中文网

原创

Semaphore 是许可控制而非限流,因其仅限制并发线程数、不感知时间窗口与请求速率,无法实现QPS限流。

java中的java.util.concurrent.semaphore_类库实现的流量控制与资源限流

为什么 Semaphore 不是“限流”而是“许可控制”

很多人一看到 Semaphore 就默认它是“接口限流工具”,结果在高并发下发现 QPS 没压住、甚至线程卡死——根本原因在于:它不感知请求速率、不自动释放许可、也不管你调用的是哪个接口。它只是对「同时能进入某段代码的线程数」做硬性计数,本质是资源池的守门员,不是流量警察。

典型误用场景:tryAcquire() 后忘记 release();或在异步回调里释放,但回调可能永不触发;又或者把 Semaphore 当成全局 QPS 限流器,却没配合定时器重置许可数。

  • 它不记录时间窗口,acquire() 成功只代表此刻有空闲许可,不代表过去1秒内只放行了N个请求
  • permits 是静态上限,不能动态调整(除非手动 release()/acquire() 干预)
  • 若用在 Web 请求中,必须确保每个请求对应一次 acquire() + 一次 release(),且都在同一线程或明确传递许可所有权

Semaphore 的正确释放姿势:别信 finally,要信作用域

try-finally 看似稳妥,但遇到异步、CompletableFuture、或被中断的线程,finally 可能不执行,许可就永久泄漏。更可靠的方式是把许可绑定到明确的作用域生命周期上。

比如在 Spring WebMvc 中,可以用 @Async 方法包装逻辑,并在方法入口 acquire(),出口 release();但更推荐用装饰器模式封装:构造一个 PermitGuard 对象,在其 close() 方法里 release(),再用 try-with-resources 保证释放。

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  • 避免在 RunnableCallable 内部直接 acquire() 后交由线程池执行——线程池可能复用线程,导致许可错配
  • 不要在 Future.get() 阻塞后才 release(),阻塞本身会拖慢整体吞吐,许可应尽早归还
  • tryAcquire(long timeout, TimeUnit) 要设合理超时(如 100ms),否则排队线程可能挂太久,引发雪崩

RateLimiter(Guava)混用时的常见冲突

有人想“双保险”:前面用 RateLimiter 控制每秒请求数,后面用 Semaphore 控制并发连接数。结果发现 RateLimiter 没生效,或者 Semaphore 频繁拒绝——因为两者粒度不同,且没有协同机制。

RateLimiter 是平滑令牌桶,允许突发;Semaphore 是严格计数,突发直接排队或失败。如果 RateLimiter 放行了 5 个请求,而 Semaphore 只有 2 个许可,那 3 个线程就会在 acquire() 上阻塞,造成响应延迟升高,监控上看像是限流失效。

  • 若真需组合,建议用 RateLimiter 做前置粗筛(如每秒最多 100 次调用),Semaphore 做后端资源保护(如最多 5 个 DB 连接),两者作用域要隔离清楚
  • 不要对同一请求链路连续套两层限流,尤其当后端是异步 I/O(如 Netty、WebClient)时,Semaphore 守住的可能是线程数,而非真实资源消耗
  • RateLimiteracquire() 会休眠,Semaphoreacquire() 会阻塞线程——混用时注意线程模型是否兼容(比如在 EventLoop 线程里调用会阻塞整个 loop)

性能敏感场景下 Semaphore 的隐形开销

多数人以为 Semaphore 是轻量级锁,实际在高争用(大量线程抢同一个 Semaphore)时,AQS 队列的入队/唤醒成本不可忽略,实测比 ReentrantLock 高约 15–20%。更麻烦的是,它不提供公平性以外的调度策略,所有等待线程按 FIFO 排队,无法优先处理低延迟请求。

  • 非必要不用 new Semaphore(n, true)(公平模式),它会让每次 acquire() 多一次 volatile 写,吞吐下降明显
  • 如果只是保护单个共享对象(如一个缓存加载器),考虑用 AtomicBoolean.compareAndSet() + 自旋替代,避免 AQS 开销
  • 监控时别只看 getQueueLength(),还要结合 hasQueuedThreads() 和 GC 日志——长时间排队容易引发线程堆积和内存泄漏

真正难的不是写对 acquire()release(),而是判断该不该用它。当需求里出现“每秒最多”“滑动窗口”“按用户限流”“失败快速降级”时,Semaphore 往往不是第一选择。

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