セマフォとは？

セマフォ（Semaphore）は、並列処理における同期プリミティブの一つで、共有リソースへの同時アクセス数を管理するためにカウンター（整数値）を使う仕組みです。ダイクストラ（E.W. Dijkstra）が考案し、P操作（wait/acquire）とV操作（signal/release）という2つの基本操作で制御します。

セマフォのカウンターは、利用可能なリソースの数を表します。スレッドがリソースを使用する際にP操作でカウンターを1減らし、使用後はV操作で1増やします。カウンターが0になると次にP操作を試みたスレッドは待機させられます。

セマフォには主に2種類あります。

• バイナリセマフォ（値が0か1）: ミューテックスに似た排他制御として機能し、1つのリソースへの同時アクセスを1スレッドに限定する
• カウンティングセマフォ（値が任意の正の整数）: 同時に複数のスレッドへのアクセスを許可し、同時接続数の上限管理などに使う

ミューテックスとの違いとして、セマフォはロックしたスレッド以外のスレッドが解放できるため、「生産者・消費者」パターンのようなシグナリング用途にも使えます。具体的には、生産者がデータを生成するたびにV操作でセマフォを増やし、消費者がP操作で待機しながらデータを取り出す、という協調動作が可能です。Javaではjava.util.concurrent.Semaphore、Pythonではthreading.Semaphoreとして実装されています。