Java多線程Read-Write-Lock模式

概述

大家一起讀沒問題,但是讀的時候不要寫哦。黑板上寫滿了板書,老師剛想擦,同學們說道:“老師,我們還沒看完呢,請先不要擦掉!”。

示例程序

類一覽表
Main   測試程序行為的類
Data   可以讀寫的類
WriterThread     表示寫入線程的類
ReaderThread   表示讀取線程的類
ReadWriteLock  表示讀寫鎖的類
Main 類
public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    Data data = new Data(10);
    new ReaderThread(data).start();
    new ReaderThread(data).start();
    new ReaderThread(data).start();
    new ReaderThread(data).start();
    new ReaderThread(data).start();
    new ReaderThread(data).start();
    new WriterThread(data, "ABCDEF").start();
    new WriterThread(data, "abcdef").start();


  }
}
Data 類
Data類是可以執行讀取(read)和寫入(write)操作的類。
buffer字段是實際的讀寫對象char的數組。
lock字段保存的是該模式的主角ReadWriteLock的實例。
public class Data {
  private final char[] buffer;
  private final ReadWriteLcok lock = new ReadWriteLock();
  public Data(int size) {
    this.buffer = new char[size];
    for(int i = 0; i < buffer.length; i++){
      buffer[i] = "*";
    }
  }
  public char[] read() throws InterruptedException {
    lock.readLock();
    try {
      return doRead();
    } finally {
       lock.readUnlock();
     }
  }
  public void write(char c) throws InterruptedException {
    lock.writeLock();
    try { 
      doWrite(c);
    } finally {
      lock.writeUnlock();
     }
  }
  private char[] doRead() {
    char[] newbuf = new char[buffer.length];
    for (int i = 0 ; i < buffer.length; i++) {
      newbuf = buffer[i];
    }
    slowly();
    return newbuf;
  }
  private void doWrite(char c){
    for(int i = 0 ; i < buffer.length; i++){
      buffer[i] = c;
      slowly();
    }
  }
  private void slowly(){
    try {
      Thread.sleep(50);
    } catch (InterruptedException e){}
  }
}
WriterThread 類
import java.util.Random;


public class WriterThread extends Thread {
  private static final Random random = new Random();
  private final Data data;
  private final String filter;
  private int index = 0;
  public WriterThread(Data data, String filter) {
    this.data = data;
    this.filter = filter;
  }
    
  public void run() {
    try{
      while(true){
        char c = nextchar();
        data.write(c);
        Thread.sleep(random.nextInt(3000));
       }
    } catch (InterruptedException e){}
  }

  private char nextchar(){
    char  c = filter.charAt(index);
    index++;
    if(index >= filter.length()) {
      index = 0;
    }
    return c;
  }
} 
ReadWriteLock 類
public final class ReadWriteLock {
  private int readingReaders = 0;    //(A)實際正在讀取中的線程數
  private int waitingWriters = 0;       //(B)正在等待寫入的線程個數
  private int writingWriters = 0;        //(C)實際正在寫入中的線程個數
  private boolean preferWriter = true;  /若寫入優先,則為true

  public synchronized void readLock() throws InterruptedException {
    while( writingWriters > 0 || ( preferWriter && waitingWriters > 0)){
      wait();
    }
    readingReaders++;         //(A) 實際正在讀取的線程個數加1
  }

  public synchronized void readUnlock() {
    readingReaders--;       //(A)實際正在讀取的線程個數減1
    preferWriter = true;
    notifyAll();
  }

  public synchronized void writeLock() throws InterruptedException {
    waitingWriters++;        //(B)正在等待寫入的線程個數加1
    try {
      while ( readingReaders > 0 || writingWriters > 0) {
        wait();
      }
    } finally {
      waitingWriters--;    //(B)正在等待寫入的線程個數減1
    }
    writingWriters++;    //(C)實際在這寫入的線程個數加1
  }

  public synchronized void writeUnlock() {
    writingWriters--;
    preferWriter = false;
    notifyAll();
  }
}

守護條件確認

ReadWriteLock類中readLock方法和writeLock方法都使用了Guarded Suspension模式。

  • readLock方法
    守護條件是“沒有線程正在執行寫入操作”。
  • writeLock方法
    守護條件是“沒有線程正在執行讀取操作或寫入操作”。

Read-Write Lock 模式中的登場角色

  • Reader(讀者)
    Reader角色對SharedResource角色執行read操作。在示例程序中,由ReaderThread類扮演。
  • Writer(寫者)
    Writer角色對SharedResource角色執行write操作。在示例程序中,由WriterThread類扮演。
  • SharedResource(共享資源)
    SharedResource角色表示的是Reader角色和Writer角色二者共享的資源。在示例程序中,由Data類扮演。
  • ReadWriteLock(讀寫鎖)
    ReadWriteLock角色提供了read操作和write操作時所需的鎖。即實現read操作時所需的readLock和readUnlock,以及實現write操作時所需要的writeLock和writeUnlock。在示例程序中,由ReadWriteLock類扮演。
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