信号量(semaphore)机制是一种常用的同步机制，在现代OS中被广泛采用。semaphore是一个非0值，当它的值大于0时表示系统目前还有足够的资源分配给请求线程，每分配出去一个资源，值递减。当值等于0时表示当前已无资源可分配。JDK提供了Semaphore类来实现信号量。
假如我们一共有3台打印机可用，当前有N个线程都请求使用打印机，要实现对打印机这种资源的访问保护，有以下两种方式：
每当一个线程请求使用打印机时，检查当前是否有空闲打印机可用，如果有则分配给请求线程并使用打印机。分配和使用打印机的过程都要加锁(同一把锁)。
创建一个初值为3的semaphore, 允许3个线程同时使用打印机。
显然，方式一在某个时间点只能有一个线程在使用打印机，那么另外2台打印机资源就被浪费掉了。有人可能会想，如果只对检查并分配打印机的代码进行加锁，而在使用打印机的过程中不加锁，这样当第一个线程使用打印机时，第二个线程依然能够请求到打印机，不就能允许3个线程都用上打印机了吗？
这样做是非常危险的，我们称之为资源逃逸。如果不对使用打印机的过程加锁，那么如果请求线程又将这台逃逸出的打印机分配给了其它线程，那么线程同步就失去了意义。
对于方式二，当线程A使用打印机时，线程B依然可以请求并使用打印机，线程C也可以。当线程A使用完后必须释放semaphore, 这样其它线程又可以使用这台打印机了。
首先定义打印机对象：
class Printer {
private String name;
private int index;
public Printer(String name, int index) {
this.name = name;
this.index = index;
}
public void print() {
System.out.println("printer " + name + " is working for " + Thread.currentThread().getName());
try {
Thread.currentThread().sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("printer " + name + " for " + Thread.currentThread().getName() + " is done");
}
public int getIndex() {
return this.index;
}
}
然后，我们定义一个打印机池(Pool)。利用这个pool实现打印机资源的安全分配：
class PrinterPool {
/**
* store all available devices
*/
private Printer[] printers;
private boolean[] freePrinters;
private Lock lock = new ReentrantLock();
/**
* create a semaphore for 3 resources
*/
private Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
/**
* 3 printers available in this pool.
*/
public PrinterPool() {
printers = new Printer[] {
new Printer("A", 0),
new Printer("B", 1),
new Printer("C", 2)
};
freePrinters = new boolean[] {
true,
true,
true
};
}
/**
* use printer
*/
public Printer printData() {
Printer printer = null;
try {
semaphore.acquire();
while (true) {
printer = getFreePrinter();
if (printer != null) {
break;
}
}
// use printer
printer.print();
// reclaim printer
reclaimPrinter(printer);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
semaphore.release();
}
return printer;
}
private Printer getFreePrinter() {
Printer printer = null;
lock.lock();
for (int ix = 0 ; ix < freePrinters.length ; ++ix) {
if (true == freePrinters[ix]) {
freePrinters[ix] = false;
printer = printers[ix];
break;
}
}
lock.unlock();
return printer;
}