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多线程支持和线程安全(3)

时间:2009-12-01 20:28 点击:583次 字体:[ ]




它这里有一个非常重要的概念,“对象锁”。当系统中某个线程调用一个被同步的方法(临界区)访问某个对象时,这个对象就会被锁住。我们可以把一个对象比喻成一扇门,并且门锁的钥匙被放在门旁。当某个线程调用一个对象被同步(synchronized)了的方法时,它取走钥匙,进入房间里面,然后把门锁上,这相当于线程锁住了这个对象。此时,如果有其它线程试图调用这个对象的被同步的方法(可能不是刚才的那个方法)而访问这个对象时,它就不能找到打开这扇门的钥匙,于是它就处于不断地监测与等待当中(查找锁状态)。直到房间里面的线程(也即拥有这个对象锁的线程)退出被同步的方法时,并且,它按照规则把钥匙再次放在门旁,于是后来的其它线程便拥有了执行的机会。

  上面描述的过程是线程间的互斥过程,同样线程间的同步控制也离不开对象锁,这一点从图10-59中也可以很好地被反映出。例如,线程A处于运行状态时,如果调用某个对象的wait()操作,线程A则进入阻塞的等待状态,并且线程A同时放弃拥有这个对象锁(注意,线程A调用对象的wait()操作时,必须已经拥有了该对象锁)。此时系统中其它线程因此便可以有机会来获取到这个对象锁,并访问这个共享对象。如果线程B调用了这个对象的notify()方法时,那么线程A将被唤醒,并且进入到查找锁状态,如此不断循环往复,以实现线程之间的同步控制。当然处于阻塞等待状态中的线程,如果被外部中断(interrupt)或被终止(stop)运行时,它也将会退出阻塞等待状态。

  从以上可以看出,JDK平台中,线程之间互斥与同步的实现,以及它的状态转换模型是非常严谨的,同时对于程序员而言,它也是比较容易理解掌握和易于使用的。另外在JDK平台中线程库模块中,也有一个负责管理线程的创建、运行和销毁等功能的实现类,那就是Thread类型。

2、 线程安全性设计

  基础库系统中对多线程有了很好的支持,这无疑是一件很好的事情,但这同时也带来了另一个比较棘手的设计问题。那就是基础库系统中,各组件模块是否应该很好地支持线程安全,这非常非常重要,如果处理不当,轻则导致程序运行时数据信息的不一致,或业务的执行错误;严重的话,将导致系统崩溃,而且设计不当也会很大程序上影响到程序的执行效率。

  比较典型例子,如C运行库中的errno变量,这是一个在C库中定义的全局性变量,用它来设置并指示,一些在系统调用时(或库中的功能函数的执行过程中)发生的错误信息。这在单线程工作环境的应用程序系统中并没有什么问题,但是如果多线程工作环境下,则可能出现不一致的现象,有可能线程A刚设置的errno值被线程B覆盖掉。怎样很好地解决这个问题?使得C库能很好地支持多线程的安全。较好的方法是利用线程本地存储数据机制,也即利用每个线程都有一些只与自己线程相关的存储信息。例如,每个线程的环境中都有一个errno变量,当线程切换时,线程本地存储数据也随之切换。

  当然基础库中有其它更多不同种类的线程安全问题。如前面的章节中所阐述过的I/O平台的线程安全等,还有JDK平台中的SWING组件库。这在设计上的确是遇到了一个两难选择的尴尬境地。如果基础库中的组件支持很好的线程安全性,那么它将会牺牲掉很多的运行效率;反过来也一样存在很大的问题。怎么办?现在大家取得基本共识的设计方案是比较倾向于后者,也即运行的效率。在保证基础库系统中的组件拥有最基本线程安全特性外,一般都把线程间的互斥与同步访问控制权,交给用户来掌握。

  本文摘自张友生主编的《系统架构设计师教程》下册第10章。


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标签: 对象 安全 系统 线程 支持 这个
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