共享有限的资源

2019-11-18 13:23:01

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供稿：网友

　　共享有限的资源
　　可将单线程程序想象成一种孤立的实体，它能遍历我们的问题空间，而且一次只能做一件事情。由于只有一个实体，所以永远不必担心会有两个实体同时试图使用相同的资源，就象两个人同时都想停到一个车位，同时都想通过一扇门，甚至同时发话。
　　进入多线程环境后，它们则再也不是孤立的。可能会有两个甚至更多的线程试图同时同一个有限的资源。必须对这种潜在资源冲突进行预防，否则就可能发生两个线程同时访问一个银行帐号，打印到同一台计算机，以及对同一个值进行调整等等。
　　1 资源访问的错误方法
　　现在考虑换成另一种方式来使用本章频繁见到的计数器。在下面的例子中，每个线程都包含了两个计数器，它们在run()里增值以及显示。除此以外，我们使用了Watcher类的另一个线程。它的作用是监视计数器，检查它们是否保持相等。这表面是一项无意义的行动，因为假如查看代码，就会发现计数器肯定是相同的。但实际情况却不一定如此。下面是程序的第一个版本：
　　//: 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);
　　　}
　　}
　　和往常一样，每个计数器都包含了自己的显示组件：两个文本字段以及一个标签。根据它们的初始值，可知道计数是相同的。这些组件在TwoCounter构建器加入Container。由于这个线程是通过用户的一个“按下按钮”操作启动的，所以start()可能被多次调用。但对一个线程来说，对Thread.start()的多次调用是非法的（会产生违例）。在started标记和过载的start()方法中，大家可看到针对这一情况采取的防范措施。
　　在run()中，count1和count2的增值与显示方式表面上似乎能保持它们完全一致。随后会调用sleep()；若没有这个调用，程序便会出错，因为那会造成CPU难于交换任务。
　　synchTest()方法采取的似乎是没有意义的行动，它检查count1是否等于count2；假如不等，就把标签设为“Unsynched”（不同步）。但是首先，它调用的是类Sharing1的一个静态成员，以便增值和显示一个访问计数器，指出这种检查已成功进行了多少次（这样做的理由会在本例的其他版本中变得非常明显）。
　　Watcher类是一个线程，它的作用是为处于活动状态的所有TwoCounter对象都调用synchTest()。其间，它会对Sharing1对象中容纳的数组进行遍历。可将Watcher想象成它擦过TwoCounter对象的肩膀不断地“偷看”。
　　Sharing1包含了TwoCounter对象的一个数组，它通过init()进行初始化，并在我们按下“start”按钮后作为线程启动。以后若按下“Observe”（观察）按钮，就会创建一个或者多个观察器，并对毫不设防的TwoCounter进行调查。
　　注重为了让它作为一个程序片在浏览器中运行，Web页需要包含下面这几行：
　　<applet code=Sharing1 width=650 height=500>

　　<param name=size value="20">

　　<param name=observers value="1">

　　</applet>
　　可自行改变宽度、高度以及参数，根据自己的意愿进行试验。若改变了size和observers，程序的行为也会发生变化。我们也注重到，通过从命令行接受参数（或者使用默认值），它被设计成作为一个独立的应用程序运行。
　　下面才是最让人“不可思议”的。在TwoCounter.run()中，无限循环只是不断地重复相邻的行：
　　t1.setText(Integer.toString(count1++));
　　t2.setText(Integer.toString(count2++));
　　（和“睡眠”一样，不过在这里并不重要）。但在程序运行的时候，你会发现count1和count2被“观察”（用Watcher观察）的次数是不相等的！这是由线程的本质造成的——它们可在任何时候挂起（暂停）。所以在上述两行的执行时刻之间，有时会出现执行暂停现象。同时，Watcher线程也正好跟随着进来，并正好在这个时候进行比较，造成计数器出现不相等的情况。
　　本例揭示了使用线程时一个非常基本的问题。我们跟无从知道一个线程什么时候运行。想象自己坐在一张桌子前面，桌上放有一把叉子，预备叉起自己的最后一块食物。当叉子要碰到食物时，食物却忽然消失了（因为这个线程已被挂起，同时另一个线程进来“偷”走了食物）。这便是我们要解决的问题。
　　有的时候，我们并不介意一个资源在尝试使用它的时候是否正被访问（食物在另一些盘子里）。但为了让多线程机制能够正常运转，需要采取一些措施来防止两个线程访问相同的资源——至少在要害的时期。
　　为防止出现这样的冲突，只需在线程使用一个资源时为其加锁即可。访问资源的第一个线程会其加上锁以后，其他线程便

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