线程同步工具(二)控制并发访问多个资源

声明:本文是《 Java 7 Concurrency Cookbook 》的第三章, 作者: Javier Fernández González 译者:郑玉婷

控制并发访问多个资源

在并发访问资源的控制中,你学习了信号量(semaphores)的基本知识。

在上个指南,你实现了使用binary semaphores的例子。那种semaphores是用来保护访问一个共享资源的,或者说一个代码片段每次只能被一个线程执行。但是semaphores也可以用来保护多个资源的副本,也就是说当你有一个代码片段每次可以被多个线程执行。

在这个指南中,你将学习怎样使用semaphore来保护多个资源副本。你将实现的例子会有一个print queue但可以在3个不同的打印机上打印文件。

准备

指南中的例子是使用 Eclipse IDE 来实现的。如果你使用Eclipse 或者其他的IDE,例如NetBeans, 打开并创建一个新的java任务。实现在控制并发访问资源里描述的例子。

怎么做呢

按照这些步骤来实现下面的例子:

//1.  如我们之前提到的,你将实现semaphores来修改print queue例子。打开PrintQueue类并声明一个boolean array名为 freePrinters。这个array储存空闲的等待打印任务的和正在打印文档的printers。
private boolean freePrinters[];

//2.   接着,声明一个名为lockPrinters的Lock对象。将要使用这个对象来保护freePrinters array的访问。
private Lock lockPrinters;

//3.   修改类的构造函数并初始化新声明的对象们。freePrinters array 有3个元素,全部初始为真值。semaphore用3作为它的初始值。
public PrintQueue(){

semaphore=new Semaphore(3);
freePrinters=new boolean[3];

for (int i=0; i<3; i++){
	freePrinters[i]=true;
}
lockPrinters=new ReentrantLock();
}

//4.   修改printJob()方法。它接收一个称为document的对象最为唯一参数。
public void printJob (Object document){

//5.   首先,调用acquire()方法获得semaphore的访问。由于此方法会抛出 InterruptedException异常,所以必须加入处理它的代码。
try {
	semaphore.acquire();

//6.   接着使用私有方法 getPrinter()来获得被安排打印任务的打印机的号码。
int assignedPrinter=getPrinter();

//7.	然后, 随机等待一段时间来实现模拟打印文档的行。
long duration=(long)(Math.random()*10);
System.out.printf("%s: PrintQueue: Printing a Job in Printer%d during %d seconds\n",Thread.currentThread().getName(), assignedPrinter,duration);
TimeUnit.SECONDS.sleep(duration);

//8.   最后,调用release() 方法来解放semaphore并标记打印机为空闲,通过在对应的freePrinters array引索内分配真值。
freePrinters[assignedPrinter]=true;
} catch (InterruptedException e) {
	e.printStackTrace();
} finally {
	semaphore.release();
}

//9.  实现 getPrinter() 方法。它是一个私有方法,返回一个int值,并不接收任何参数。
private int getPrinter() {

//10. 首先,声明一个int变量来保存printer的引索值。
int ret=-1;

//11. 然后, 获得lockPrinters对象 object的访问。
try {
lockPrinters.lock();

//12. 然后,在freePrinters array内找到第一个真值并在一个变量中保存这个引索值。修改值为false,因为等会这个打印机就会被使用。
for (int i=0; i<freePrinters.length; i++) {
if (freePrinters[i]){
	ret=i;
	freePrinters[i]=false;
	break;
}
}

//13. 最后,解放lockPrinters对象并返回引索对象为真值。
} catch (Exception e) {
	e.printStackTrace();
} finally {
	lockPrinters.unlock();
}
return ret;

//14. Job 和 Core 类不做任何改变。

它是怎么工作的…

在例子中的PrintQueue类的关键是:Semaphore对象创建的构造方法是使用3作为参数的。这个例子中,前3个调用acquire() 方法的线程会获得临界区的访问权,其余的都会被阻塞 。当一个线程结束临界区的访问并解放semaphore时,另外的线程才可能获得访问权。

在这个临界区,线程获得被分配打印的打印机的引索值。例子的这部分让例子更真实,而且它没有使用任何与semaphores相关的代码。以下的裁图展示了这个例子的执行输出:

每个文档都被安排到第一个空闲的打印机打印。

更多…

The acquire(), acquireUninterruptibly(), tryAcquire(),和release()方法有一个外加的包含一个int参数的版本。这个参数表示 线程想要获取或者释放semaphore的许可数。也可以这样说,这个线程想要删除或者添加到semaphore的内部计数器的单位数量。在这个例子中acquire(), acquireUninterruptibly(), 和tryAcquire() 方法, 如果计数器的值小于许可值,那么线程就会被阻塞直到计数器到达或者大于许可值。

参见

第三章,线程同步应用:并发地访问资源的控制
第八章,同步应用的测试:修改Lock接口
第二章,基本线程同步:修改lock的公平性

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