在并发编程中，栅栏（Barrier） 和 信号量（Semaphore） 是两种重要的同步原语，常用于协调多个线程或进程之间的执行顺序或资源访问。下面是它们的概念、区别、使用场景对比：

🚧 一、信号量（Semaphore）

🔹 概念：

信号量是一种计数器机制，用来控制多个线程对共享资源的访问。

• 有两种主要类型：

  • 计数信号量：可以有多个许可，常用于控制并发访问数量
  • 二元信号量（Binary Semaphore）：许可只有 0 和 1，用于实现互斥锁的功能

🔹 用法（伪代码）：

Semaphore sem = new Semaphore(3);  // 最多允许3个线程同时访问资源

sem.acquire();   // 获取许可，若无则阻塞等待
// 访问资源
sem.release();   // 释放许可

✅ 使用场景：

• 数据库连接池（控制最大连接数）
• 限制 API 并发请求数量
• 控制资源访问（例如：只允许 n 个线程同时写文件）

🧱 二、栅栏（Barrier）

🔹 概念：

栅栏是一种阶段性同步机制，用于让多个线程（或任务）在某个“关口”等待，直到所有线程都到达栅栏后，才统一继续执行。

🔹 用法（伪代码）：

barrier = threading.Barrier(3)

def worker():
    # 做一些任务
    barrier.wait()  # 等待其他线程到达
    # 所有线程到达后同时继续

✅ 使用场景：

• 多线程并行计算，每个线程处理一部分数据，最后一起合并结果
• 分布式任务阶段同步，如 MapReduce 中的 Map 阶段结束后统一进入 Reduce

🔍 三、栅栏 vs 信号量：对比总结

✅ 示例场景

信号量应用：

限制同时访问数据库的线程数：

semaphore = threading.Semaphore(10)

def db_access():
    semaphore.acquire()
    try:
        access_db()
    finally:
        semaphore.release()

栅栏应用：

等待所有线程准备好再执行下一步任务：

barrier = threading.Barrier(5)

def step_work():
    prepare_data()
    barrier.wait()
    start_main_task()