セマフォ とは？

共有リソースへのアクセスを制御するための仕組み。駐車場の「残り台数」のイメージで、カウンターが0になったら新たに入れない（待たせる）、車が出たらカウンターを増やして次の車が入れる、という仕組み。プログラムでは「同時に使えるスレッド数を制限」するのに使う。

ミューテックス（mutex）は「一度に1つのスレッドだけ使える（1台分の駐車場）」という特殊なセマフォ。セマフォはカウンターが複数（N台分の駐車場）を表現できる。また、ミューテックスはロックしたスレッドのみが解放できるが、セマフォは別のスレッドが解放できる。

複数スレッドが互いの解放を待って永遠に動けなくなる状態。スレッドAがリソース1を持ったままリソース2を待ち、スレッドBがリソース2を持ったままリソース1を待つ、という状況。セマフォやロックの取得順序を統一するなどで防ぐ必要がある。

たとえばデータベースへの同時接続数を制限したいとき、セマフォのカウンターを最大接続数に設定する。接続するときにacquire（カウンター-1）、切断時にrelease（カウンター+1）する。Pythonだとasyncio.Semaphore(10)で同時10接続までに制限できるよ。

たとえば100個のURLを並列でダウンロードするとき、セマフォなしだと100個のHTTP接続が一気に開いてサーバーに負荷をかけたり、自分のPCのメモリが不足したりする。セマフォで「同時に10個まで」と制限すれば安全に処理できる。実はOSのファイルディスクリプタにも上限があって、それを超えるとプログラムがクラッシュするんだよ。