Go语言并发编程之信号量的计数实现（深入理解Go中的计数信号量与并发控制）

什么是计数信号量？

信号量最早由 Dijkstra 提出，用于解决多进程/线程对共享资源的竞争问题。它本质上是一个整型变量，配合两个原子操作：P()（申请资源）和 V()（释放资源）。

在 计数信号量 中，这个整型值表示当前可用的“许可证”数量。当值大于0时，协程可以获取一个许可证并继续执行；当值为0时，后续协程必须等待，直到有其他协程释放许可证。

为什么需要信号量？

在实际开发中，我们常遇到以下场景：

• 限制数据库连接池的最大并发数
• 控制同时上传文件的数量
• 防止大量 goroutine 同时请求外部 API 导致被限流

虽然 Go 提供了 channel、sync.WaitGroup、mutex 等工具，但它们并不直接支持“最多 N 个协程同时运行”的语义。而信号量正好填补了这一空白。

用 Go 实现计数信号量

Go 标准库并没有直接提供信号量类型，但我们可以通过 chan struct{} 轻松实现一个高效的计数信号量。

核心思想：创建一个容量为 N 的 channel，每次获取信号量就向 channel 发送一个空结构体（占用一个槽位），释放时从 channel 接收（释放一个槽位）。由于 channel 容量有限，当满时发送操作会阻塞，从而实现限流效果。

代码实现

package mainimport (	"fmt"	"sync"	"time")// Semaphore 计数信号量type Semaphore struct {	ch chan struct{}}// NewSemaphore 创建一个新的信号量，maxConcurrency 表示最大并发数func NewSemaphore(maxConcurrency int) *Semaphore {	return &Semaphore{		ch: make(chan struct{}, maxConcurrency),	}}// Acquire 获取一个许可证（阻塞直到可用）func (s *Semaphore) Acquire() {	s.ch <- struct{}{}}// Release 释放一个许可证func (s *Semaphore) Release() {	<-s.ch}func main() {	sem := NewSemaphore(3) // 最多允许3个 goroutine 同时运行	var wg sync.WaitGroup	for i := 0; i < 10; i++ {		wg.Add(1)		go func(id int) {			defer wg.Done()			sem.Acquire()        // 获取许可证			fmt.Printf("Goroutine %d 开始执行\n", id)			time.Sleep(2 * time.Second) // 模拟耗时操作			fmt.Printf("Goroutine %d 执行完毕\n", id)			sem.Release()        // 释放许可证		}(i)	}	wg.Wait()	fmt.Println("所有任务完成！")}

代码解析

• NewSemaphore(3) 创建了一个最多允许3个并发的信号量。
• 每个 goroutine 在执行前调用 Acquire()，如果已有3个在运行，则第4个会阻塞，直到某个 goroutine 调用 Release()。
• 使用 sync.WaitGroup 等待所有任务完成。

运行这段代码，你会发现输出中最多只有3个 goroutine 同时处于“执行中”状态，完美实现了并发控制。

进阶：带超时的信号量

在某些场景下，我们不希望 goroutine 无限期等待。可以通过 select + time.After 实现带超时的 Acquire：

func (s *Semaphore) AcquireWithTimeout(timeout time.Duration) bool {	select {	case s.ch <- struct{}{}:		return true // 成功获取	case <-time.After(timeout):		return false // 超时	}}

这样，调用方可以根据返回值决定是否重试或放弃。

总结

通过本文，你已经掌握了如何在 Go语言并发编程 中实现和使用 计数信号量。这种模式非常适合用于 Go并发控制 场景，如限流、资源池管理等。虽然 Go 没有内置信号量，但借助 channel 的强大能力，我们可以轻松构建高效、安全的并发控制机制。

记住：合理使用信号量，不仅能提升系统稳定性，还能避免资源耗尽。现在，就去你的项目中试试吧！

—— 本文关键词：Go语言并发编程、信号量实现、计数信号量、Go并发控制 ——