[Java] Semaphore

Semaphore, java.util.concurrent.Semaphore, 세마포어, permit

정의

java.util.concurrent.Semaphore 는 N 개의 permit (허가) 을 발급/회수 하는 synchronizer. permit 이 있으면 진행, 없으면 Blocking 또는 즉시 실패.

자원 풀, rate limiting, 동시 접근 수 제한 같은 패턴의 표준 도구.

시각화

핵심 메서드

Semaphore s = new Semaphore(10);       // 10 permit 발급

s.acquire();                            // 1 permit 획득, 없으면 block
s.acquire(3);                           // 3 permit
s.tryAcquire();                         // 즉시 시도, 실패 시 false
s.tryAcquire(timeout, unit);

s.release();                            // permit 1 반환
s.release(3);

s.availablePermits();                   // 남은 permit 수

가장 흔한 두 패턴

1. 동시 접근 제한 (concurrency limiter)

Semaphore limiter = new Semaphore(5);   // 동시 5명만 접근

public void callExpensiveApi() throws InterruptedException {
    limiter.acquire();
    try {
        externalApi.call();
    } finally {
        limiter.release();
    }
}

외부 API 가 동시 5 요청까지만 허용한다면 이렇게 제한.

2. 자원 풀

class ConnectionPool {
    private final Semaphore semaphore;
    private final Queue<Connection> pool;

    public ConnectionPool(int size) {
        semaphore = new Semaphore(size);
        pool = createPool(size);
    }

    public Connection acquire() throws InterruptedException {
        semaphore.acquire();
        return pool.poll();
    }

    public void release(Connection c) {
        pool.offer(c);
        semaphore.release();
    }
}

JDBC connection pool, thread pool 같은 패턴의 핵심.

binary semaphore (= mutex 와 비슷)

Semaphore mutex = new Semaphore(1);
mutex.acquire();
try { ... }
finally { mutex.release(); }

ReentrantLock 과 비슷하지만 다른 점.

• Semaphore 는 누가 acquire 했는지 추적 안 함, A 가 acquire 하고 B 가 release 가능
• ReentrantLock 은 reentrant, 같은 스레드 여러 번 acquire 가능

mutex 라면 ReentrantLock 또는 synchronized 가 일반적.

공정성 옵션

Semaphore fair = new Semaphore(5, true);

true 면 FIFO. 대기 중인 가장 오래된 스레드부터 acquire. false (기본) 면 어떤 스레드든 양보 시 가져갈 수 있음.

ReentrantLock 처럼 공정 모드는 throughput 이 낮다.

함정

1. release 빠뜨리면 permit 소실

limiter.acquire();
doWork();             // ❌ 예외 시 release 안 됨
limiter.release();

반드시 try/finally.

2. permit 수가 변할 수 있다

release() 가 acquire 보다 더 많이 호출되면 permit 수가 초기값보다 늘어난다 (의도적 사용 가능).

reducePermits(int) 로 줄일 수도 있다.

3. tryAcquire 의 다른 의미

tryAcquire() 는 즉시 false 반환, tryAcquire(timeout) 는 그 시간만큼 대기 후 false. 헷갈리기 쉬움.

참고

• CountDownLatch
• CyclicBarrier
• ReentrantLock
• Blocking