Семафоры

Классический механизм синхронизации в многопоточном программировании, который позволяет ограничивать доступ к общим ресурсам определенным количеством потоков. Семафоры поддерживают две основные операции: захват (acquire) и освобождение (release).

Операция захвата (acquire) уменьшает счетчик семафора на 1. Если счетчик семафора становится отрицательным, поток, который выполняет захват, блокируется до тех пор, пока счетчик не станет положительным.
Операция освобождения (release) увеличивает счетчик семафора на 1. Если есть заблокированные потоки, один из них будет разблокирован.

Семафоры могут использоваться для координации доступа к общим ресурсам, ограничения количества потоков, имеющих доступ к критическим секциям, и для решения проблемы "производительность-честность".

Примеры использования семафоров:

Ограничение доступа к ресурсам

import java.util.concurrent.Semaphore

val semaphore = Semaphore(3) // Разрешаем одновременно не более 3 потоков

fun main() {
    val threads = List(10) {
        Thread {
            semaphore.acquire()
            println("Thread ${Thread.currentThread().name} acquired semaphore")
            Thread.sleep(1000)
            semaphore.release()
            println("Thread ${Thread.currentThread().name} released semaphore")
        }
    }

    threads.forEach { it.start() }
    threads.forEach { it.join() }
}

Использование семафора для синхронизации потоков:

import java.util.concurrent.Semaphore

val semaphore = Semaphore(0) // Изначально семафор заблокирован

fun main() {
    val threads = List(3) {
        Thread {
            println("Thread ${Thread.currentThread().name} is waiting")
            semaphore.acquire()
            println("Thread ${Thread.currentThread().name} is released")
        }
    }

    threads.forEach { it.start() }
    Thread.sleep(3000) // Подождем немного
    semaphore.release(3) // Разблокируем 3 потока
}

Когда использовать семафоры:

Когда нужно ограничить доступ к общим ресурсам: Например, когда есть ограниченное количество подключений к базе данных или потоков, которые могут обращаться к файловой системе.
Когда нужно реализовать ограничение на количество потоков, выполняющих определенную операцию: Например, ограничение на количество потоков, выполняющих сетевые запросы к внешнему сервису.
Когда требуется синхронизация потоков в определенном порядке: Например, когда необходимо дождаться выполнения нескольких операций в определенном порядке, прежде чем продолжить выполнение.

Когда не использовать семафоры:

Для простых операций блокировки и разблокировки: Если нужно просто заблокировать выполнение потока до завершения какой-то операции, лучше использовать другие механизмы, такие как мониторы или блокировки.
Когда есть риск гонок данных или взаимоблокировки: Неправильное использование семафоров может привести к гонкам данных или взаимоблокировке, поэтому нужно быть осторожным и тщательно проектировать сценарии использования.