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,因为如果查看代码,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.incrementaccess();
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;如果不等,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想象成它掠过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。
注意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。我们也注意到,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,准备叉起自己的最后一块食物。当叉子要碰到食物时,食物却突然消失了(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――至少在关键的时期。
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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