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资源访问的错误方法

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  现在考虑换成另一种方式来使用本章频繁见到的计数器。在下面的例子中,每个线程都包含了两个计数器,它们在run()里增值以及显示。除此以外,我们使用了Watcher类的另一个线程。它的作用是监视计数器,检查它们是否保持相等。这表面是一项无意义的行动。

作者:中国IT实验室 来源:中国IT实验室 2007年9月26日

关键字: 编程 java

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  现在考虑换成另一种方式来使用本章频繁见到的计数器。在下面的例子中,每个线程都包含了两个计数器,它们在run()里增值以及显示。除此以外,我们使用了Watcher类的另一个线程。它的作用是监视计数器,检查它们是否保持相等。这表面是一项无意义的行动,因为如果查看代码,就会发现计数器肯定是相同的。但实际情况却不一定如此。下面是程序的第一个版本:
  //: Sharing1.java
  // Problems with resource sharing while threading
  import java.awt.*;
  import java.awt.event.*;
  import java.applet.*;
  class TwoCounter extends Thread {
   private boolean started = false;
   private TextField
   t1 = new TextField(5),
   t2 = new TextField(5);
   private Label l =
   new Label("count1 == count2");
   private int count1 = 0, count2 = 0;
   // Add the display components as a panel
   // to the given container:
   public TwoCounter(Container c) {
   Panel p = new Panel();
   p.add(t1);
   p.add(t2);
   p.add(l);
   c.add(p);
   }
   public void start() {
   if(!started) {
   started = true;
   super.start();
   }
   }
   public void run() {
   while (true) {
   t1.setText(Integer.toString(count1++));
   t2.setText(Integer.toString(count2++));
   try {
   sleep(500);
   } catch (InterruptedException e){}
   }
   }
   public void synchTest() {
   Sharing1.incrementAccess();
   if(count1 != count2)
   l.setText("Unsynched");
   }
  }
  class Watcher extends Thread {
   private Sharing1 p;
   public Watcher(Sharing1 p) {
   this.p = p;
   start();
   }
   public void run() {
   while(true) {
   for(int i = 0; i < p.s.length; i++)
   p.s[i].synchTest();
   try {
   sleep(500);
   } catch (InterruptedException e){}
   }
   }
  }
  public class Sharing1 extends Applet {
   TwoCounter[] s;
   private static int accessCount = 0;
   private static TextField aCount =
   new TextField("0", 10);
   public static void incrementAccess() {
   accessCount++;
   aCount.setText(Integer.toString(accessCount));
   }
   private Button
   start = new Button("Start"),
   observer = new Button("Observe");
   private boolean isApplet = true;
   private int numCounters = 0;
   private int numObservers = 0;
   public void init() {
   if(isApplet) {
   numCounters =
   Integer.parseInt(getParameter("size"));
   numObservers =
   Integer.parseInt(
   getParameter("observers"));
   }
   s = new TwoCounter[numCounters];
   for(int i = 0; i < s.length; i++)
   s[i] = new TwoCounter(this);
   Panel p = new Panel();
   start.addActionListener(new StartL());
   p.add(start);
   observer.addActionListener(new ObserverL());
   p.add(observer);
   p.add(new Label("Access Count"));
   p.add(aCount);
   add(p);
   }
   class StartL implements ActionListener {
   public void actionPerformed(ActionEvent e) {
   for(int i = 0; i < s.length; i++)
   s[i].start();
   }
   }
   class ObserverL implements ActionListener {
   public void actionPerformed(ActionEvent e) {
   for(int i = 0; i < numObservers; i++)
   new Watcher(Sharing1.this);
   }
   }
   public static void main(String[] args) {
   Sharing1 applet = new Sharing1();
   // This isn't an applet, so set the flag and
   // produce the parameter values from args:
   applet.isApplet = false;
   applet.numCounters =
   (args.length == 0 ? 5 :
   Integer.parseInt(args[0]));
   applet.numObservers =
   (args.length < 2 ? 5 :
   Integer.parseInt(args[1]));
   Frame aFrame = new Frame("Sharing1");
   aFrame.addWindowListener(
   new WindowAdapter() {
   public void windowClosing(WindowEvent e){
   System.exit(0);
   }
   });
   aFrame.add(applet, BorderLayout.CENTER);
   aFrame.setSize(350, applet.numCounters *100);
   applet.init();
   applet.start();
   aFrame.setVisible(true);
   }
  }
  和往常一样,每个计数器都包含了自己的显示组件:两个文本字段以及一个标签。根据它们的初始值,可知道计数是相同的。这些组件在TwoCounter构建器加入Container。由于这个线程是通过用户的一个“按下按钮”操作启动的,所以start()可能被多次调用。但对一个线程来说,对Thread.start()的多次调用是非法的(会产生违例)。在started标记和过载的start()方法中,大家可看到针对这一情况采取的防范措施。
  在run()中,count1和count2的增值与显示方式表面上似乎能保持它们完全一致。随后会调用sleep();若没有这个调用,程序便会出错,因为那会造成CPU难于交换任务。
  synchTest()方法采取的似乎是没有意义的行动,它检查count1是否等于count2;如果不等,就把标签设为“Unsynched”(不同步)。但是首先,它调用的是类Sharing1的一个静态成员,以便增值和显示一个访问计数器,指出这种检查已成功进行了多少次(这样做的理由会在本例的其他版本中变得非常明显)。
  Watcher类是一个线程,它的作用是为处于活动状态的所有TwoCounter对象都调用synchTest()。其间,它会对Sharing1对象中容纳的数组进行遍历。可将Watcher想象成它掠过TwoCounter对象的肩膀不断地“偷看”。
  Sharing1包含了TwoCounter对象的一个数组,它通过init()进行初始化,并在我们按下“start”按钮后作为线程启动。以后若按下“Observe”(观察)按钮,就会创建一个或者多个观察器,并对毫不设防的TwoCounter进行调查。
  注意为了让它作为一个程序片在浏览器中运行,Web页需要包含下面这几行:
  <applet code=Sharing1 width=650 height=500>

  <param name=size value="20">

  <param name=observers value="1">

  </applet>

  可自行改变宽度、高度以及参数,根据自己的意愿进行试验。若改变了size和observers,程序的行为也会发生变化。我们也注意到,通过从命令行接受参数(或者使用默认值),它被设计成作为一个独立的应用程序运行。
  下面才是最让人“不可思议”的。在TwoCounter.run()中,无限循环只是不断地重复相邻的行:
  t1.setText(Integer.toString(count1++));
  t2.setText(Integer.toString(count2++));
  (和“睡眠”一样,不过在这里并不重要)。但在程序运行的时候,你会发现count1和count2被“观察”(用Watcher观察)的次数是不相等的!这是由线程的本质造成的――它们可在任何时候挂起(暂停)。所以在上述两行的执行时刻之间,有时会出现执行暂停现象。同时,Watcher线程也正好跟随着进来,并正好在这个时候进行比较,造成计数器出现不相等的情况。
  本例揭示了使用线程时一个非常基本的问题。我们跟无从知道一个线程什么时候运行。想象自己坐在一张桌子前面,桌上放有一把叉子,准备叉起自己的最后一块食物。当叉子要碰到食物时,食物却突然消失了(因为这个线程已被挂起,同时另一个线程进来“偷”走了食物)。这便是我们要解决的问题。
  有的时候,我们并不介意一个资源在尝试使用它的时候是否正被访问(食物在另一些盘子里)。但为了让多线程机制能够正常运转,需要采取一些措施来防止两个线程访问相同的资源――至少在关键的时期。
  为防止出现这样的冲突,只需在线程使用一个资源时为其加锁即可。访问资源的第一个线程会其加上锁以后,其他线程便不能再使用那个资源,除非被解锁。如果车子的前座是有限的资源,高喊“这是我的!”的孩子会主张把它锁起来。

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