Философия Java3 - Брюс Эккель

Для создания критических секций также можно воспользоваться явно созданными объектами Lock:

//: concurrency/ExplicitCriticalSection.java

// Использование объектов Lock для создания критических секций.

package concurrency;

import java.util.concurrent.locks.*;

// Синхронизация целого метода: class ExplicitPairManagerl extends PairManager { private Lock lock = new ReentrantLockO; public synchronized void incrementO { lock lockO; try {

p.incrementXO; p. incrementYO; store(getPairO); } finally {

lock.unlock О;

}

}

}

// Использование критической секции: class ExplicitPairManager2 extends PairManager { private Lock lock = new ReentrantLockO: public void incrementO { Pair temp; lock.lockO: try {

p.incrementXO;

р incrementYO. temp = getPairO. } finally {

lock unlock О,

}

store(temp),

public class ExplicitCriticalSection {

public static void main(String[] args) throws Exception { PairManager

pmanl = new ExplicitPairManagerK), pman2 = new ExplicitPairManager2(), CriticalSection.testApproaches(pmanl, pman2);

}

} /* Output

pml. Pair: x: 15, у 15 checkCounter = 174035 pm2: Pair- x- 16, у 16 checkCounter = 2608588 *///.-

В программе создаются новые типы PairManager с явным использованием объектов Lock. ExplicitPairManager2 демонстрирует создание критической секции с использованием объекта Lock; вызов store() находится вне критической секции.

Синхронизация по другим объектам

Блоку synchronized необходимо передать объект, который будет использоваться для синхронизации. Чаще всего наиболее естественно передавать текущий объект, для которого был вызван метод synchronized(this), и именно такой подход применен в классе PairManager2. Таким образом, при входе в синхронизируемый блок другие синхронизированные методы объекта вызвать будет нельзя. Действие синхронизации по this фактически заключается в сужении области синхронизации.

Иногда вам нужно что-то иное, и в таких ситуациях вы создаете отдельный объект и выполняете синхронизацию, привлекая его. В таких случаях необходимо позаботиться о том, чтобы все операции синхронизировались по одному и тому же объекту. Следующий пример показывает, как два потока входят в объект, когда методы этого объекта синхронизированы различными блокировками:

У/ concurrency/SyncObject java // Синхронизация по другому объекту, import static net.mindview util.Print *;

class Dual Synch {

private Object syncObject = new Object О; public synchronized void f() {

for(int i = 0; i < 5; i++) { printCfO"); Thread.yieldO;

}

}

public void gO { продолжение &

synchronizedsyncObject) {

for(int i = 0; i < 5; i++) { printC'gO"); Thread.yieldO;

public class SyncObject {

public static void main(String[] args) {

final Dual Synch ds = new DualSynchO; new ThreadO {

public void run() { ds.fO;

}

}.startO; ds.gO;

}

} /* Output:

go

fO

go f() go fo go fo go f() *///:-

Метод f() класса DualSync синхронизируется по объекту this (синхронизируя метод целиком), а метод g() использует синхронизацию посредством объекта syncObject. Таким образом, два варианта синхронизации независимы. Демонстрируется этот факт методом main(), в котором создается поток Thread с вызовом метода f(). Поток main() после этого вызывает метод д(). Из результата работы программы видно, что оба метода работают одновременно и ни один из них не блокируется соседом.

Локальная память потока

Второй механизм предотвращения конфликтов доступа к общим ресурсам основан на исключении их совместного использования. Локальная память потока представляет собой механизм автоматического выделения разных областей памяти для одной переменной во всех потоках, использующих объект. Следовательно, если пять потоков используют объект с переменной х, для х будет сгенерировано пять разных областей памяти. Фактически поток связывается с некоторым состоянием.

За выделение локальной памяти потоков и управление ею отвечает класс java.lang.ThreadLocal:

//: concurrency/ThreadLocalVariableHolder.java

// Автоматическое выделение собственной памяти каждому потоку.

import java util.concurrent.*, import java util *,

class Accessor implements Runnable { private final int id. public Accessor(int idn) { id = idn; } public void run() {

while( IThread.currentThreadO islnterrupted()) { ThreadLocalVariableHolder incrementO; System out println(this). Thread.yieldO.

}

}

public String toStringO {

return "#" + id + " " +

ThreadLocalVari ableHolder.get().

public class ThreadLocalVariableHolder {

private static ThreadLocal<Integer> value = new ThreadLocal<Integer>() {

private Random rand = new Random(47). protected synchronized Integer initialValueO { return rand.nextlnt(lOOOO).

}

}:

public static void incrementO {

value.set(value.get() + 1).

}

public static int get О { return value getO. } public static void main(String[] args) throws Exception {

ExecutorService exec = Executors newCachedThreadPoolО. for(int i = 0. i < 5. i++)

exec.execute(new Accessor(i)). TimeUnit.SECONDS.sleep(3); // Небольшая задержка exec shutdownNowO, // Выход из всех объектов Accessor

}

} /* Output #0 9259 #1- 556 #2. 6694 #3- 1862 #4: 962 #0: 9260 #1- 557 #2: 6695 #3: 1863 #4: 963

*///:-

Объекты ThreadLocal обычно хранятся в статических полях. Если вы создаете объект ThreadLocal, для обращения к содержимому объекта можно использовать только методы get() и set(). Метод get() возвращает копию объекта, ассоциированного с потоком, a set() сохраняет свой аргумент в объекте потока, возвращая ранее хранившийся объект. Их использование продемонстрировано в методах increment() и get() класса ThreadLocalVariableHolder. Обратите внимание: методы increment^) и get() не синхронизированы, потому что ThreadLocal не гарантирует отсутствия «ситуации гонки».

Взаимодействие между потоками

Итак, мы выяснили, что потоки способны конфликтовать друг с другом, и разобрались с тем, как предотвратить такие конфликты. Следующим шагом должно стать изучение возможностей взаимодействия между потоками. Ключевым моментом в этом процессе является подтверждение связи, безопасно реализуемое методами wait() и notify() класса Object. В многопоточной библиотеке Java SE5 также присутствуют объекты Condition с методами await() и signal(). Мы рассмотрим некоторые возникающие проблемы и их решения.

Методы wait() и notifyAII()

Метод wait() ожидает изменения некоторого условия, неподконтрольного для текущего метода. Довольно часто это условие изменяется в результате выполнения другой задачи. Активное ожидание, то есть проверка условия в цикле, нежелательно из-за неэффективного расходования вычислительных ресурсов. Таким образом, метод wait() обеспечивает механизм синхронизации действий между задачами.

Важно понять, что метод sleep() не освобождает объект блокировки. С другой стороны, метод wait() снимает блокировку с объекта, тем самым позволяя остальным потокам вызывать другие синхронизированные методы объекта во время выполнения wait(). Это очень важно, потому что обычно именно «другие» методы приводят к изменению условия и активизации приостановленной задачи.

Существует две формы метода wait(). У первой формы аргумент имеет такой же смысл, как и аргумент метода sleep(): это продолжительность интервала в миллисекундах, на который приостанавливается выполнение потока. Разница между методами состоит в следующем:

1. При выполнении метода wait() блокируемый объект освобождается.

2. Выйти из состояния ожидания, установленного wait(), можно двумя способами: с помощью уведомления notify() или notifyAU() либо по истечении срока ожидания.

Вторая, более распространенная форма вызывается без аргументов. Эта версия метода wait() заставит поток простаивать, пока не придет уведомление notify() или notifyAll().

Пожалуй, самое интересное в методах wait(), notify() и notifyAU() — их принадлежность к общему классу Object, а не к классу потоков Thread. Хотя это и кажется немного нелогичным — размещение чего-то, относящегося исключительно к механизму потоков, в общем базовом классе — на самом деле это решение совершенно оправдано, поскольку означенные методы манипулируют блокировками, которые являются частью любого объекта. В результате ожидание (wait()) может использоваться в любом синхронизированном методе, независимо от того, наследует ли класс от Thread или реализует Runnable. Вообще говоря, единственное место, где допустимо вызывать метод wait(), — это синхронизированный метод или блок (метод sleep() можно вызывать в любом месте, так как он не манипулирует блокировкой). Если вызвать метод wait() или notify() в обычном методе, программа скомпилируется, однако при ее выполнении возникнет исключение IllegalMonitorStateException с несколько туманным сообщением «текущий поток не является владельцем» («current thread not owner»). Это сообщение означает, что поток, востребовавший методы wait(), notify() или notifyAll(), должен быть «хозяином» блокируемого объекта (овладеть объектом блокировки) перед вызовом любого из данных методов.

Вы можете «попросить» объект провести операции с помощью его собственного объекта блокировки. Для этого необходимо сначала захватить блокировку для данного объекта. Например, если вы хотите вызвать notifyAll() для объекта х, то должны сделать это в синхронизируемом блоке, устанавливающем блокировку для х:

synchronized(x) { х notifyAllО;

}

Рассмотрим простой пример. В программе WaxOMatic.java задействованы два процесса: один наносит восковую пасту на автомашину (Саг), а другой полирует ее. Задача полировки не может приступить к работе до того, как задача нанесения пасты завершит свою операцию, а задача нанесения пасты должна ждать завершения полировки, чтобы наложить следующий слой пасты. Оба класса, WaxOn и WaxOff, используют объект Саг, который приостанавливает и возобновляет задачи в ожидании изменения условия:

//: concurrency/waxomatic/WaxOMatic.java // Простейшее взаимодействие задач, package concurrency.waxomatic, import java.util concurrent.*; import static net.mindview util.Print.*;