Java中的互斥锁和信号量是什么？它们的主要区别是什么？

Question

互斥锁和信号量在Java中是什么？它们之间的主要区别是什么？

- Isabel Jinson

---

在编程中，什么情况下应该使用互斥锁（mutex），什么情况下应该使用信号量（semaphore）？在stackoverflow.com的类似问题中有相关查询。 - Karthik Balaguru

Answer 1

遗憾的是，大家都错过了信号量和互斥锁之间最重要的区别，即“所有权”的概念。

信号量没有所有权的概念，这意味着任何线程都可以释放信号量（这本身可能会导致许多问题，但有助于“死亡检测”），而互斥锁具有所有权的概念（即你只能释放已获得的互斥锁）。

所以对于安全编程并发系统来说，所有权非常重要。我总是建议使用互斥锁而不是信号量（但这会带来性能影响）。

互斥锁也可以支持优先级继承（这可以帮助解决优先级反转问题）和递归（消除一种死锁类型）。

还应指出，有“二进制”信号量和“计数/通用”信号量之分。Java的信号量是计数信号量，因此允许将其初始化为一个大于1的值（而互斥锁只能拥有概念上的计数1）。其他帖子中已经指出了这种方法的有用性。

因此，总结一下：除非你需要管理多个资源，否则我始终建议使用互斥锁而不是信号量。

- feabhas

---

Feabhas的回答非常重要——互斥锁检查试图释放互斥锁的线程是否实际拥有它。我曾经在面试中遇到过这个问题，所以值得记住。 - andrew pate

Answer 2

信号量可以进行计数，而互斥锁只能计数到1。

假设您有一个线程正在运行来接受客户端连接。这个线程最多可以同时处理10个客户端。然后每个新客户端都会设置信号量，直到达到10. 当信号量有10个标志时，您的线程将不再接受新连接。

互斥锁通常用于保护资源。如果您的10个客户端可以访问系统的多个部分，则可以使用互斥锁来保护系统的部分，以便连接到该子系统的1个客户端时，其他人就不能访问。您也可以为此目的使用信号量。互斥锁是一个"互斥信号量"。

- Eric

---

这并不完全正确。同一线程可以多次进入同一个互斥量，因此需要维护计数以确保进入和退出是平衡的。 - finnw

@finnw，一般来说，互斥锁有两种类型，递归和非递归。Java 默认使用递归类型吗？ - edA-qa mort-ora-y

@edA-qa mort-ora-y，术语“Mutex”在Java VM或API规范中没有使用，因此我假设它是指内置于每个对象中的监视器，这也类似于Win32对象称为Mutex。ReentrantLock也是如此。所有这些都是递归的。我不知道任何非递归互斥量的“真实世界”示例（我只在教科书中看到过它们），因此我没有考虑它们。 - finnw

非递归互斥锁可以通过使用计数为一的信号量来实现。如果您想要防止递归调用，这将非常有用。这具有实际用途，我个人在大型项目中使用它来检测初始化代码中的循环（A初始化B，B再试图重新初始化A）。 - Alexander Torstling

在C++11（C++0x）标准中，互斥锁(mutex)是非递归的。对于需要递归锁的情况，它们还提供了一个单独的"recursive_mutex"。我知道我们正在谈论Java，但是现在我们许多人都会跨语言编程。 - Aditya Kumar Pandey

Answer 3

Mutex（互斥锁）基本上是一种互斥控制，只有一个线程可以同时获得资源。当一个线程获得资源时，其他线程就不允许获得该资源，直到拥有该资源的线程释放它。所有等待获取资源的线程都将被阻塞。

Semaphore（信号量）用于控制执行的线程数量。有一组固定的资源，每次一个线程占用相同数量的资源时，资源计数会减少。当信号量计数达到0时，不允许其他线程获取资源，这些线程会被阻塞，直到其他占用资源的线程释放它们。

简而言之，主要区别在于“有多少个线程可以同时获取资源？”

• Mutex -- 只有一个线程。
• Semaphore -- 定义了一个数量，最多可以同时有这么多个线程获取资源。

- aJ.

Answer 4

在IT技术中，mutex用于串行访问资源，而semaphore则限制对资源的访问次数。你可以将mutex视为access count为1的semaphore。无论你将semaphore count设置为多少，都会有多个线程可以访问资源，直到该资源被阻塞。

- Jason Coco

Answer 5

信号量是一种计数同步机制，而互斥锁不是。

- Brian Rasmussen

Answer 6

互斥锁通常被称为二元信号量。虽然信号量可以使用任何非零计数创建，但互斥锁在概念上是具有上限为1的信号量。

- Sean

Answer 7

Semaphore：

计数信号量。概念上来说，信号量维护了一组许可证。每个 acquire() 方法都会阻塞，直到有一个许可证可以获得，然后它就会获取该许可证。每个 release() 方法都会释放一个许可证，可能会释放某个正在等待的获取者。但是，实际上没有使用任何许可证对象；Semaphore 只是维护了一个可用数量的计数，并相应地采取行动。

信号量经常用于限制可以访问某些（物理或逻辑）资源的线程数

Java 没有内置的 Mutex API。但是可以将其实现为二进制信号量。

初始化为 1 的信号量，且仅在最多有一个许可证可用时使用，可以用作互斥锁。这更常被称为二进制信号量，因为它只有两种状态：一个许可证可用或零个许可证可用。

当以这种方式使用时，二进制信号量具有以下属性（与许多 Lock 实现不同）：“锁”可以由所有者以外的线程释放（因为信号量没有所有权概念）。这在某些专业上下文中可能很有用，例如死锁恢复。

因此，Semaphore 和 Mutex 之间的关键区别：

1. 信号量通过许可证限制了访问资源的线程数。互斥锁只允许一个线程访问资源。

2. 没有线程拥有 Semaphore。线程可以通过调用 acquire() 和 release() 方法更新许可证数量。Mutex 只应由持有锁的线程解锁。

3. 当将 Mutex 与条件变量一起使用时，存在隐含的括号——清楚地表明了被保护的程序部分。对于信号量来说，情况并非总是如此，它可能被称为并发编程的 goto —— 它很强大，但过于容易在不确定的结构化方式下使用。

- Ravindra babu

Answer 8

你在比较不可比较的东西，从技术上讲，Semaphore和mutex之间没有区别，这是没有意义的。 Mutex只是一个重要的名称，就像应用程序逻辑中的任何名称一样，它意味着你将一个Semaphore初始化为“1”，通常用于保护资源或受保护变量以确保互斥。

- Marwen Trabelsi

Answer 9

同步对象Semaphore实现了一个经典的交通信号灯。交通信号灯控制着对由计数器共享的资源的访问。如果计数器大于零，则允许访问；如果为零，则拒绝访问。计数器计算允许访问共享资源的权限。因此，要访问该资源，线程必须从交通信号灯获得许可。一般来说，要使用交通信号灯，想要访问共享资源的线程会尝试获取许可证。如果交通信号灯计数大于零，则线程获取许可证，并且交通信号灯计数减少。否则，线程将被锁定，直到它能够获得许可证。当线程不再需要访问共享资源时，它释放许可证，因此交通信号灯计数增加。如果有另一个线程正在等待许可证，则此时它将获得许可证。Java的Semaphore类实现了这种机制。

Semaphore有两个构造函数：

Semaphore(int num)
Semaphore(int num, boolean come)

num 指定许可的初始计数。然后，num 指定可以同时访问共享资源的线程数。如果 num 为 1，则一次只能访问一个线程的资源。通过将 come 设置为 true，您可以保证等待的线程按照它们请求的顺序被授予权限。

- Amarildo

Answer 10

Mutex是二进制信号量。它必须初始化为1，以满足先到先服务的原则。这使我们了解到每个Mutex的另一个特殊属性：执行down操作的人必须执行up操作。因此，我们已经获得了对某些资源的互斥访问。

现在你可以看到，Mutex是一般信号量的特例。

- Dimitar

---

这是不正确的。区别在于所有权。互斥锁只能由当前持有锁的线程解锁。而信号量并非如此。请查看此相关的SO问题：https://dev59.com/DG855IYBdhLWcg3w_5qm - cmhteixeira