MonitorObject設(shè)計(jì)模式入手探索Java同步機(jī)制二.ppt

Monitor Object設(shè)計(jì)模式入手 探索Java同步機(jī)制 二,Monitor Object 設(shè)計(jì)模式 C+ 描述 我們將從以下幾個(gè)方面來(lái)討論 Monitor Object 模式。 問(wèn)題描述 我們?cè)陂_(kāi)發(fā)并發(fā)的應(yīng)用時(shí)，經(jīng)常需要設(shè)計(jì)這樣的對(duì)象，該對(duì)象的方法會(huì)在多線程的環(huán)境下被調(diào)用，而這些方法的執(zhí)行都會(huì)改變?cè)搶?duì)象本身的狀態(tài)。為了防止競(jìng)爭(zhēng)條件 （race condition） 的出現(xiàn)，對(duì)于這類對(duì)象的設(shè)計(jì)，需要考慮解決以下問(wèn)題： 在任一時(shí)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(duì)于對(duì)象的調(diào)用者來(lái)說(shuō)，如果總是需要在調(diào)用方法之前進(jìn)行拿鎖，而在調(diào)用方法之后進(jìn)行放鎖，這將會(huì)使并發(fā)應(yīng)用編程變得更加困難。合理的設(shè)計(jì)是，該對(duì)象本身確保任何針對(duì)它的方法請(qǐng)求的同步被透明的進(jìn)行，而不需要調(diào)用者的介入。,如果一個(gè)對(duì)象的方法執(zhí)行過(guò)程中，由于某些條件不能滿足而阻塞，應(yīng)該允許其它的客戶端線程的方法調(diào)用可以訪問(wèn)該對(duì)象。 我們使用 Monitor Object 設(shè)計(jì)模式來(lái)解決這類問(wèn)題：將被客戶線程并發(fā)訪問(wèn)的對(duì)象定義為一個(gè) monitor 對(duì)象。客戶線程僅僅通過(guò) monitor 對(duì)象的同步方法才能使用 monitor 對(duì)象定義的服務(wù)。為了防止陷入競(jìng)爭(zhēng)條件，在任一時(shí)刻只能有一個(gè)同步方法被執(zhí)行。每一個(gè) monitor 對(duì)象包含一個(gè) monitor 鎖，被同步方法用于串行訪問(wèn)對(duì)象的行為和狀態(tài)。此外，同步方法可以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)與 monitor 對(duì)象相關(guān)的 monitor conditions 來(lái)決定在何種情況下掛起或恢復(fù)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(duì)象 （Monitor Object）： 負(fù)責(zé)定義公共的接口方法，這些公共的接口方法會(huì)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(duì)象所定義。為了防止競(jìng)爭(zhēng)條件，無(wú)論是否同時(shí)有多個(gè)線程并發(fā)調(diào)用同步方法，還是監(jiān)視者對(duì)象含有多個(gè)同步方法，在任一時(shí)間內(nèi)只有監(jiān)視者對(duì)象的一個(gè)同步方法能夠被執(zhí)行。 監(jiān)視鎖 （Monitor Lock）： 每一個(gè)監(jiān)視者對(duì)象都會(huì)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(lái)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(duì)象模式中，在參與者之間將發(fā)生如下的協(xié)作過(guò)程： 1、同步方法的調(diào)用和串行化。當(dāng)客戶線程調(diào)用監(jiān)視者對(duì)象的同步方法時(shí)，必須首先獲取它的監(jiān)視鎖。只要該監(jiān)視者對(duì)象有其他同步方法正在被執(zhí)行，獲取操作便不會(huì)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(dāng)客戶線程成功獲取監(jiān)視鎖后，進(jìn)入臨界區(qū)，執(zhí)行方法實(shí)現(xiàn)的服務(wù)。一旦同步方法完成執(zhí)行，監(jiān)視鎖會(huì)被自動(dòng)釋放，目的是使其他客戶線程有機(jī)會(huì)調(diào)用執(zhí)行該監(jiān)視者對(duì)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(jìn)行，它能夠在一個(gè)監(jiān)視條件上等待，這將導(dǎo)致該客戶線程暫時(shí)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(gè)客戶線程能夠通知一個(gè)監(jiān)視條件，目的是為了讓一個(gè)前期使自己掛起在一個(gè)監(jiān)視條件上的同步方法線程恢復(fù)運(yùn)行。 4、同步方法線程恢復(fù)。一旦一個(gè)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(diǎn)上執(zhí)行。在被通知線程被允許恢復(fù)執(zhí)行同步方法之前，監(jiān)視鎖將自動(dòng)被獲取。圖 1 描述了監(jiān)視者對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。,示例 在本節(jié)中，我們將使用監(jiān)視者對(duì)象設(shè)計(jì)模式來(lái)解決一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題。 這是一個(gè)典型的生產(chǎn)者 / 消費(fèi)者模式問(wèn)題。假定我們有一個(gè)固定長(zhǎng)度的消息隊(duì)列，該隊(duì)列會(huì)被多個(gè)生產(chǎn)者 / 消費(fèi)者線程所操作，生產(chǎn)者線程負(fù)責(zé)將消息放入該隊(duì)列，而消費(fèi)者線程負(fù)責(zé)從該對(duì)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