MonitorObject設計模式入手探索Java同步機制二.ppt

Monitor Object設計模式入手 探索Java同步機制 二,Monitor Object 設計模式 C+ 描述 我們將從以下幾個方面來討論 Monitor Object 模式。 問題描述 我們在開發(fā)并發(fā)的應用時，經(jīng)常需要設計這樣的對象，該對象的方法會在多線程的環(huán)境下被調(diào)用，而這些方法的執(zhí)行都會改變該對象本身的狀態(tài)。為了防止競爭條件 （race condition） 的出現(xiàn)，對于這類對象的設計，需要考慮解決以下問題： 在任一時間內(nèi)，只有唯一的公共的成員方法，被唯一的線程所執(zhí)行。 對于對象的調(diào)用者來說，如果總是需要在調(diào)用方法之前進行拿鎖，而在調(diào)用方法之后進行放鎖，這將會使并發(fā)應用編程變得更加困難。合理的設計是，該對象本身確保任何針對它的方法請求的同步被透明的進行，而不需要調(diào)用者的介入。,如果一個對象的方法執(zhí)行過程中，由于某些條件不能滿足而阻塞，應該允許其它的客戶端線程的方法調(diào)用可以訪問該對象。 我們使用 Monitor Object 設計模式來解決這類問題：將被客戶線程并發(fā)訪問的對象定義為一個 monitor 對象?？蛻艟€程僅僅通過 monitor 對象的同步方法才能使用 monitor 對象定義的服務。為了防止陷入競爭條件，在任一時刻只能有一個同步方法被執(zhí)行。每一個 monitor 對象包含一個 monitor 鎖，被同步方法用于串行訪問對象的行為和狀態(tài)。此外，同步方法可以根據(jù)一個或多個與 monitor 對象相關(guān)的 monitor conditions 來決定在何種情況下掛起或恢復他們的執(zhí)行。,結(jié)構(gòu) 在 Monitor Object 模式中，主要有四種類型的參與者： 監(jiān)視者對象 （Monitor Object）： 負責定義公共的接口方法，這些公共的接口方法會在多線程的環(huán)境下被調(diào)用執(zhí)行。 同步方法：這些方法是監(jiān)視者對象所定義。為了防止競爭條件，無論是否同時有多個線程并發(fā)調(diào)用同步方法，還是監(jiān)視者對象含有多個同步方法，在任一時間內(nèi)只有監(jiān)視者對象的一個同步方法能夠被執(zhí)行。 監(jiān)視鎖 （Monitor Lock）： 每一個監(jiān)視者對象都會擁有一把監(jiān)視鎖。 監(jiān)視條件 （Monitor Condition）： 同步方法使用監(jiān)視鎖和監(jiān)視條件來決定方法是否需要阻塞或重新執(zhí)行。,執(zhí)行序列圖 在監(jiān)視者對象模式中，在參與者之間將發(fā)生如下的協(xié)作過程： 1、同步方法的調(diào)用和串行化。當客戶線程調(diào)用監(jiān)視者對象的同步方法時，必須首先獲取它的監(jiān)視鎖。只要該監(jiān)視者對象有其他同步方法正在被執(zhí)行，獲取操作便不會成功。在這種情況下，客戶線程將被阻塞直到它獲取監(jiān)視鎖。當客戶線程成功獲取監(jiān)視鎖后，進入臨界區(qū)，執(zhí)行方法實現(xiàn)的服務。一旦同步方法完成執(zhí)行，監(jiān)視鎖會被自動釋放，目的是使其他客戶線程有機會調(diào)用執(zhí)行該監(jiān)視者對象的同步方法。 2、同步方法線程掛起。如果調(diào)用同步方法的客戶線程必須被阻塞或是有其他原因不能立刻進行，它能夠在一個監(jiān)視條件上等待，這將導致該客戶線程暫時釋放監(jiān)視鎖，并被掛起在監(jiān)視條件上。,3、監(jiān)視條件通知。一個客戶線程能夠通知一個監(jiān)視條件，目的是為了讓一個前期使自己掛起在一個監(jiān)視條件上的同步方法線程恢復運行。 4、同步方法線程恢復。一旦一個早先被掛起在監(jiān)視條件上的同步方法線程獲取通知，它將繼續(xù)在最初的等待監(jiān)視條件的點上執(zhí)行。在被通知線程被允許恢復執(zhí)行同步方法之前，監(jiān)視鎖將自動被獲取。圖 1 描述了監(jiān)視者對象的動態(tài)特性。,示例 在本節(jié)中，我們將使用監(jiān)視者對象設計模式來解決一個實際的問題。 這是一個典型的生產(chǎn)者 / 消費者模式問題。假定我們有一個固定長度的消息隊列，該隊列會被多個生產(chǎn)者 / 消費者線程所操作，生產(chǎn)者線程負責將消息放入該隊列，而消費者線程負責從該對列中取出消息。 清單 6. Message_Queue.h class Message_Queue public: enum MAX_MESSAGES = 100/* . */ ; / The constructor defines the maximum number / of messages in the queue. This determines when the queue is full. Message_Queue(size_t max_messages = MAX_MESSAGES); virtual Message_Queue();,/ Put the at the tail of the queue. / If the queue is full, block until the queue is not full. /* synchronized */ void put (const Message ,private: / Put the at the tail of the queue, and / get the at its head, respectively. / Note that, the internal methods are not synchronized. void put_i (const Message ,/ The maximum number s that can be / in a queue before its considered full. size_t max_messages_; / Monitor lock that protects the queues / internal state from race conditions during concurrent access. mutable Thread_Mutex monitor_lock_; / Condition variable used in conjunction with to make / synchronized method threads wait until the queue is no longer empty. Thread_Condition not_empty_; / Condition variable used in conjunction with to make / synchronized method threads wait until the queue is no longer full. Thread_Condition not_full_; ;,清單 7. Message_Queue.cpp #include “Message_Queue.h“ Message_Queue:Message_Queue (size_t max_messages) :not_full_(monitor_lock_), not_empty_(monitor_lock_), max_messages_(max_messages), message_count_(0) bool Message_Queue:empty () const Guard guard (monitor_lock_); return empty_i (); bool Message_Queue:full () const,Guard guard (monitor_lock_); return full_i (); void Message_Queue:put (const Message ,/ Enqueue the at the tail. put_i (msg); / Notify any thread waiting in that the queue has at least one . not_empty_.notify (); / Destructor of releases . Message Message_Queue:get () / Use the Scoped Locking idiom to acquire/release the upon / entry/exit to the synchronized method. Guard guard (monitor_lock_); / Wait while the queue is empty. while (empty_i () / Release and suspend the / calling thread waiting for a new to / be put into the queue. The is / reacquired automatically when returns. not_empty_.wait (); ,/ Dequeue the first in the queue and update the . Message m = get_i (); / Notify any thread waiting in that the / queue has room for at least one . not_full_.notify (); return