基于ＪＡＣ技術(shù)實(shí)現(xiàn)讀者／寫者問題的研究

[摘要] 簡(jiǎn)要描述JAC技術(shù)，闡述操作系統(tǒng)中讀者/寫者這個(gè)經(jīng)典同步問題，并給出基于JAC實(shí)現(xiàn)此問題避免餓死現(xiàn)象的相應(yīng)代碼，以此論述JAC的使用及其線程同步能力。

[關(guān)鍵詞] JAC 讀者/寫者問題 同步

一、JAC簡(jiǎn)介

由Max Haustein等人開發(fā)的JAC是基于對(duì)順序Java代碼擴(kuò)展注釋來描述并發(fā)機(jī)制的，有著高水平的并發(fā)特征。它完全拋棄了Java原有的并發(fā)編程方式，隱藏了線程， 最小化了并發(fā)碼和順序碼之間的分歧，加強(qiáng)了代碼復(fù)用，融合了繼承，并減輕了繼承異常。用JAC 編寫的Java程序只是純粹的順序化代碼，通過在順序代碼中增加并發(fā)注解來實(shí)現(xiàn)并發(fā)，JAC 預(yù)編譯器將識(shí)別它，并把它編譯成Java編譯器能識(shí)別的普通的Java并發(fā)同步代碼。JAC中能被注解的語言成分有:語句、方法、類。與Java不同，JAC中的所有方法默認(rèn)為必須互斥地執(zhí)行，除非其前面有可并發(fā)執(zhí)行的注解。

二、讀者/寫者問題描述

所謂“讀者/寫者問題”是指保證一個(gè)寫線程必須與其他線程互斥地訪問共享數(shù)據(jù)的同步問題。讀者/寫者問題問題所滿足的條件是：讀/讀允許、讀/寫和寫/寫互斥，否則，將引起訪問沖突，破壞數(shù)據(jù)的完整性。考慮到讀者和寫者爭(zhēng)奪訪問共享數(shù)據(jù)時(shí)可以具有不同的優(yōu)先權(quán)，該問題可拓展出三種算法:(1)讀者優(yōu)先;(2)寫者優(yōu)先;(3)公平競(jìng)爭(zhēng)。

三、基于JAC的實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)兩個(gè)類： ShoredData類，將控制”讀”與”寫”分開，在讀或?qū)懼?，必須先循環(huán)判斷其Guard表達(dá)式，為真則開始讀或?qū)懀x、寫完畢進(jìn)行修改相應(yīng)值。ReadersWriter類，可讀可寫且用于操作測(cè)試，該類對(duì)象會(huì)對(duì)”讀/寫”、 ”寫/寫”進(jìn)行互斥控制，而”讀/讀”不會(huì)發(fā)生沖突，不進(jìn)行共享互斥。

1.ShoredData類

public class ShoredData{

……

public ShoredData(int size)

{ this.buf=new char[size];

for(int i=0;i

/**

* @compatible readstart()

*@when writing<=0(!Priority||waiting<=0)

*/

public char[] readstart(){

reading++;

char[] newbuf=new char[buf.length];

for(int i=0;i

{newbuf[i]=buf[i];

System.out.println(“reading:”+ newbuf[i]);

}

/** @sleep Math.random()*1000 */

return newbuf;}

publicvoid readend()

{ reading--; priority=true;}

/**

* @if c!=1 waiting++

* @when reading<=0 writing<=0

*/

public void writestart(char c)

{--waiting; writing++;

for(int i=0;i

{ buf[i]=c;

System.out.println(“writing:”+ buf[i]);

/** @sleep Math.random()*1000 */

} }

public void writeend()

{ --writing;priority=1;} }

2.ReadersWriter類

public class ReadersWriter{

ShoredData SD;

public ReadersWriter()

{/** @controlled */

SD=new ShoredData(10); }

public static void main(String[] args)

{ /** @controlled */

ReadersWriter RW=new ReadersWriter();

/** @sleep 10000 */

System.out.println(“演示完畢!”);

/** @stop RW */

RW=1;}

//n個(gè)reader線程，它們之間可并發(fā)執(zhí)行

/**

* @auto delay Math.random()*1000 thread n

* @compatible

*/

public void read()

{ System.out.println(“Reading:”);

SD.readstart();SD.readend();}

//m個(gè)writer線程，可并發(fā)執(zhí)行，但由于受條件控制，寫/寫之間只能互斥

/**

* @auto delay Math.random()*1000 thread m

* @compatible

*/

public void write()

{ System.out.println(“Writing:”);

SD.writestart(c);SD.writeend();} }

四、結(jié)語

JAC技術(shù)是一種java拓展的并行表達(dá)層次更高的并發(fā)模型，它只是在順序代碼中增加一些并發(fā)注解，使得代碼進(jìn)一步重用。讀者/寫者問題是操作系統(tǒng)中一個(gè)常見且復(fù)雜的同步問題，用JAC 解決該問題簡(jiǎn)潔、清晰、程序可讀性強(qiáng)。與其他同步機(jī)制相比，JAC在算法設(shè)計(jì)上的自然形式也更加符合設(shè)計(jì)人員的思維習(xí)慣，并且程序健壯性也大大增強(qiáng)了。

參考文獻(xiàn):

李金忠夏潔武:基于JAVA多線程機(jī)制實(shí)現(xiàn)讀者/寫者問題的拓展研究[J]. 井岡山學(xué)院學(xué)報(bào)， 2008， 29(2)