多執行緒程式設計-同步(synchronization)

多執行緒程式設計-同步(synchronization)

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Monitor的概念

• 當兩個以上的執行緒需要存取共同的資源時，需要以某種方式來確定同一時間只有一個執行緒在使用資源。為了達到這個目的的過程稱之同步
• monitor的概念(也稱為semaphore)是同步的關鍵：
• • monitor是一種用來當成機鎖(lock)、互斥器(mutex)
  • 某時間裡只有一個執行緒可以持有monitor，當執行緒獲得機鎖(lock)時，我們稱之它進入monitor
  • 其他企圖進入monitor的執行緒必須暫停，直到第一個執行緒離開monitor
  • 這些暫停的執行緒就是正在等待monitor
• 大多數語言語言本身並不支援同步(例如C/C++)，因此若要使用執行緒同步則需要利用作業系統的基本指令。
• Java透過語言元件來實作同步，所以大部分與同步有關的複雜工作也跟著消除了

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使用同步方法

• Java中的同步化很容易，因為所有的物件都有它自己的隱式monitor
• 若要進入monitor只需要呼叫已經用synchronized關鍵字修飾過的方法即可
• • 當某個執行緒已經進入同步方法時，其他所有試著呼叫相同實體上同步方法(包刮其他的同步方法)的執行緒必須等待
  • 若要離開monitor並且讓出物件的控制權給下一個等待的執行緒，只要讓monitor的持有者從同步方法回傳即可
• 沒有同步的程式
  
• 輸出結果：
  [Hellow[Synchronized[World
  ]
  ]
  ]
• 競爭情況(race condition)：利用sleep()方法，讓正在call()方法中的執行緒能夠讓出執行權，並切換到另一個執行緒。這將會導致三個訊息字串輸出混和在一起。
• 因為三個執行緒為了完成方法與彼此互相競爭。使得競爭情況非常難以捉模與難以預料，這可能使得你的程式上次執行是正確的，線次執行卻是錯誤的。
• 若要修正上述程式，你必須將call()的存取序列化(serialize)
  • 限制每次只有一個執行緒能夠存取此方法
  • 在call()的定義式前面加上synchronized關鍵字即可
    
  • 
    如此才能得到正確的輸出結果：
    [Hellow]
    [Synchronized]
    [World]
• 在多執行緒的情況下，每當有一個方法或一群方法需要操作物件的內部狀態時，應該要使用synchronized來避免競爭

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synchronized敘述句

• 假設你想要同步存取某個類別的物件，但此類別並不是為多執行緒存取設計的
  • 也就是說此類別並沒有使用synchronized方法
  • 或者類別並不是你所建立的，而且你無法存取原始程式碼
• 你可以將此物件的方法之呼叫放在synchronized區塊中：

  synchronized (object ){

  //需要同步的敘述

  }

• • object是想要同步的物件之參考
  • 同步區塊可以確保只有當目前執行緒成功進入object的monitor時，才會呼叫object的方法。
• 以下是另一種版本，在run()方法裡使用同步區塊
  

    1: public class Synch1 {
    2:   public static void main(String[] args) {
    3:     Callme target=new Callme();
    4:     Caller2 ob[]={
    5:         new Caller2(target, "Hellow"),
    6:         new Caller2(target, "Synchronized"),
    7:         new Caller2(target, "World")
    8:         };
    9:     try {
   10:       ob[0].t.join();
   11:       ob[1].t.join();
   12:       ob[2].t.join();
   13:     } catch (InterruptedException e) {
   14:       // TODO: handle exception
   15:       System.out.println("Interrupted.");
   16:     }    
   17:   }
   18: 
   19: }
   20: 

  
  
• 
  將target寫在同步區塊中：
  

    1: public class Caller2 implements Runnable {
    2: 
    3:   String msg;
    4:   Callme target;
    5:   Thread t;
    6:   public Caller2(Callme targ,String s) {
    7:     target=targ;
    8:     msg=s;
    9:     t=new Thread(this);
   10:     t.start();
   11:   }
   12:   @Override
   13:   public void run() {
   14:     synchronized(target){
   15:     target.call(msg);
   16:     }
   17:     // TODO Auto-generated method stub
   18:     
   19:   }
   20: }

  
  
• 此程式同樣可以產生正確的結果