共享有限的資源

2019-11-18 13:23:01

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

　　共享有限的資源
　　可將單線程程序想象成一種孤立的實(shí)體，它能遍歷我們的問(wèn)題空間，而且一次只能做一件事情。由于只有一個(gè)實(shí)體，所以永遠(yuǎn)不必?fù)?dān)心會(huì)有兩個(gè)實(shí)體同時(shí)試圖使用相同的資源，就象兩個(gè)人同時(shí)都想停到一個(gè)車位，同時(shí)都想通過(guò)一扇門，甚至同時(shí)發(fā)話。
　　進(jìn)入多線程環(huán)境后，它們則再也不是孤立的。可能會(huì)有兩個(gè)甚至更多的線程試圖同時(shí)同一個(gè)有限的資源。必須對(duì)這種潛在資源沖突進(jìn)行預(yù)防，否則就可能發(fā)生兩個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)銀行帳號(hào)，打印到同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，以及對(duì)同一個(gè)值進(jìn)行調(diào)整等等。
　　1 資源訪問(wèn)的錯(cuò)誤方法
　　現(xiàn)在考慮換成另一種方式來(lái)使用本章頻繁見到的計(jì)數(shù)器。在下面的例子中，每個(gè)線程都包含了兩個(gè)計(jì)數(shù)器，它們?cè)趓un()里增值以及顯示。除此以外，我們使用了Watcher類的另一個(gè)線程。它的作用是監(jiān)視計(jì)數(shù)器，檢查它們是否保持相等。這表面是一項(xiàng)無(wú)意義的行動(dòng)，因?yàn)榧偃绮榭创a，就會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)器肯定是相同的。但實(shí)際情況卻不一定如此。下面是程序的第一個(gè)版本：
　　//: Sharing1.java
　　// PRoblems with resource sharing while threading
　　import java.awt.*;
　　import java.awt.event.*;
　　import java.applet.*;
　　class TwoCounter extends Thread {
　　　private boolean started = false;
　　　private TextField
　　　　t1 = new TextField(5),
　　　　t2 = new TextField(5);
　　　private Label l =
　　　　new Label("count1 == count2");
　　　private int count1 = 0, count2 = 0;
　　　// Add the display components as a panel
　　　// to the given container:
　　　public TwoCounter(Container c) {
　　　　Panel p = new Panel();
　　　　p.add(t1);
　　　　p.add(t2);
　　　　p.add(l);
　　　　c.add(p);
　　　}
　　　public void start() {
　　　　if(!started) {
　　　　　started = true;
　　　　　super.start();
　　　　}
　　　}
　　　public void run() {
　　　　while (true) {
　　　　　t1.setText(Integer.toString(count1++));
　　　　　t2.setText(Integer.toString(count2++));
　　　　　try {
　　　　　　sleep(500);
　　　　　} catch (InterruptedException e){}
　　　　}
　　　}
　　　public void synchTest() {
　　　　Sharing1.increment access();
　　　　if(count1 != count2)
　　　　　l.setText("Unsynched");
　　　}
　　}
　　class Watcher extends Thread {
　　　private Sharing1 p;
　　　public Watcher(Sharing1 p) {
　　　　this.p = p;
　　　　start();
　　　}
　　　public void run() {
　　　　while(true) {
　　　　　for(int i = 0; i < p.s.length; i++)
　　　　　　p.s[i].synchTest();
　　　　　try {
　　　　　　sleep(500);
　　　　　} catch (InterruptedException e){}
　　　　}
　　　}
　　}
　　public class Sharing1 extends Applet {
　　　TwoCounter[] s;
　　　private static int accessCount = 0;
　　　private static TextField aCount =
　　　　new TextField("0", 10);
　　　public static void incrementAccess() {
　　　　accessCount++;
　　　　aCount.setText(Integer.toString(accessCount));
　　　}
　　　private Button
　　　　start = new Button("Start"),
　　　　observer = new Button("Observe");
　　　private boolean isApplet = true;
　　　private int numCounters = 0;
　　　private int numObservers = 0;
　　　public void init() {
　　　　if(isApplet) {
　　　　　numCounters =
　　　　　　Integer.parseInt(getParameter("size"));
　　　　　numObservers =
　　　　　　Integer.parseInt(
　　　　　　　getParameter("observers"));
　　　　}
　　　　s = new TwoCounter[numCounters];
　　　　for(int i = 0; i < s.length; i++)
　　　　　s[i] = new TwoCounter(this);
　　　　Panel p = new Panel();
　　　　start.addActionListener(new StartL());
　　　　p.add(start);
　　　　observer.addActionListener(new ObserverL());
　　　　p.add(observer);
　　　　p.add(new Label("Access Count"));
　　　　p.add(aCount);
　　　　add(p);
　　　}
　　　class StartL implements ActionListener {
　　　　public void actionPerformed(ActionEvent e) {
　　　　　for(int i = 0; i < s.length; i++)
　　　　　　s[i].start();
　　　　}
　　　}
　　　class ObserverL implements ActionListener {
　　　　public void actionPerformed(ActionEvent e) {
　　　　　for(int i = 0; i < numObservers; i++)
　　　　　　new Watcher(Sharing1.this);
　　　　}
　　　}
　　　public static void main(String[] args) {
　　　　Sharing1 applet = new Sharing1();
　　　　// This isn't an applet, so set the flag and
　　　　// prodUCe the parameter values from args:
　　　　applet.isApplet = false;
　　　　applet.numCounters =
　　　　　(args.length == 0 ? 5 :
　　　　　　Integer.parseInt(args[0]));
　　　　applet.numObservers =
　　　　　(args.length < 2 ? 5 :
　　　　　　Integer.parseInt(args[1]));
　　　　Frame aFrame = new Frame("Sharing1");
　　　　aFrame.addWindowListener(
　　　　　new WindowAdapter() {
　　　　　　public void windowClosing(WindowEvent e){
　　　　　　　System.exit(0);
　　　　　　}
　　　　　});
　　　　aFrame.add(applet, BorderLayout.CENTER);
　　　　aFrame.setSize(350, applet.numCounters *100);
　　　　applet.init();
　　　　applet.start();
　　　　aFrame.setVisible(true);
　　　}
　　}
　　和往常一樣，每個(gè)計(jì)數(shù)器都包含了自己的顯示組件：兩個(gè)文本字段以及一個(gè)標(biāo)簽。根據(jù)它們的初始值，可知道計(jì)數(shù)是相同的。這些組件在TwoCounter構(gòu)建器加入Container。由于這個(gè)線程是通過(guò)用戶的一個(gè)“按下按鈕”操作啟動(dòng)的，所以start()可能被多次調(diào)用。但對(duì)一個(gè)線程來(lái)說(shuō)，對(duì)Thread.start()的多次調(diào)用是非法的（會(huì)產(chǎn)生違例）。在started標(biāo)記和過(guò)載的start()方法中，大家可看到針對(duì)這一情況采取的防范措施。
　　在run()中，count1和count2的增值與顯示方式表面上似乎能保持它們完全一致。隨后會(huì)調(diào)用sleep()；若沒(méi)有這個(gè)調(diào)用，程序便會(huì)出錯(cuò)，因?yàn)槟菚?huì)造成CPU難于交換任務(wù)。
　　synchTest()方法采取的似乎是沒(méi)有意義的行動(dòng)，它檢查count1是否等于count2；假如不等，就把標(biāo)簽設(shè)為“Unsynched”（不同步）。但是首先，它調(diào)用的是類Sharing1的一個(gè)靜態(tài)成員，以便增值和顯示一個(gè)訪問(wèn)計(jì)數(shù)器，指出這種檢查已成功進(jìn)行了多少次（這樣做的理由會(huì)在本例的其他版本中變得非常明顯）。
　　Watcher類是一個(gè)線程，它的作用是為處于活動(dòng)狀態(tài)的所有TwoCounter對(duì)象都調(diào)用synchTest()。其間，它會(huì)對(duì)Sharing1對(duì)象中容納的數(shù)組進(jìn)行遍歷。可將Watcher想象成它擦過(guò)TwoCounter對(duì)象的肩膀不斷地“偷看”。
　　Sharing1包含了TwoCounter對(duì)象的一個(gè)數(shù)組，它通過(guò)init()進(jìn)行初始化，并在我們按下“start”按鈕后作為線程啟動(dòng)。以后若按下“Observe”（觀察）按鈕，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)或者多個(gè)觀察器，并對(duì)毫不設(shè)防的TwoCounter進(jìn)行調(diào)查。
　　注重為了讓它作為一個(gè)程序片在瀏覽器中運(yùn)行，Web頁(yè)需要包含下面這幾行：
　　<applet code=Sharing1 width=650 height=500>

　　<param name=size value="20">

　　<param name=observers value="1">

　　</applet>
　　可自行改變寬度、高度以及參數(shù)，根據(jù)自己的意愿進(jìn)行試驗(yàn)。若改變了size和observers，程序的行為也會(huì)發(fā)生變化。我們也注重到，通過(guò)從命令行接受參數(shù)（或者使用默認(rèn)值），它被設(shè)計(jì)成作為一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序運(yùn)行。
　　下面才是最讓人“不可思議”的。在TwoCounter.run()中，無(wú)限循環(huán)只是不斷地重復(fù)相鄰的行：
　　t1.setText(Integer.toString(count1++));
　　t2.setText(Integer.toString(count2++));
　　（和“睡眠”一樣，不過(guò)在這里并不重要）。但在程序運(yùn)行的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)count1和count2被“觀察”（用Watcher觀察）的次數(shù)是不相等的！這是由線程的本質(zhì)造成的——它們可在任何時(shí)候掛起（暫停）。所以在上述兩行的執(zhí)行時(shí)刻之間，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行暫停現(xiàn)象。同時(shí)，Watcher線程也正好跟隨著進(jìn)來(lái)，并正好在這個(gè)時(shí)候進(jìn)行比較，造成計(jì)數(shù)器出現(xiàn)不相等的情況。
　　本例揭示了使用線程時(shí)一個(gè)非常基本的問(wèn)題。我們跟無(wú)從知道一個(gè)線程什么時(shí)候運(yùn)行。想象自己坐在一張桌子前面，桌上放有一把叉子，預(yù)備叉起自己的最后一塊食物。當(dāng)叉子要碰到食物時(shí)，食物卻忽然消失了（因?yàn)檫@個(gè)線程已被掛起，同時(shí)另一個(gè)線程進(jìn)來(lái)“偷”走了食物）。這便是我們要解決的問(wèn)題。
　　有的時(shí)候，我們并不介意一個(gè)資源在嘗試使用它的時(shí)候是否正被訪問(wèn)（食物在另一些盤子里）。但為了讓多線程機(jī)制能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要采取一些措施來(lái)防止兩個(gè)線程訪問(wèn)相同的資源——至少在要害的時(shí)期。
　　為防止出現(xiàn)這樣的沖突，只需在線程使用一個(gè)資源時(shí)為其加鎖即可。訪問(wèn)資源的第一個(gè)線程會(huì)其加上鎖以后，其他線程便

上一篇：違例控制：解決錯(cuò)誤

下一篇：反應(yīng)靈敏的用戶界面