03講_線程進程安全(編輯修改稿)
2025-01-22 07:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的下降，甚至造成死鎖。 線程協(xié)作安全 線程協(xié)作 有些情況下，多個線程合作 完成一件事情的幾個步驟，此時線程之間實現(xiàn)了協(xié)作。如一個工作需要若干個步驟，各個步驟都比較耗時，不能因為它們的運行，影響程序的運行效果，最好的方法就是將各步用線程實現(xiàn)。但是，由于線程隨時都有可能搶占 CPU，可能在前面一個步驟沒有完成時，后面的步驟線程就已經(jīng)運行，該安全隱患造成系統(tǒng)得不到正確結(jié)果。 案例分析 給出一個案例：線程 1負責(zé)完成一個復(fù)雜運算（比較耗時），線程 2負責(zé)得到結(jié)果，并將結(jié)果進行下一步處理。如：某個科學(xué)計算系統(tǒng)中，線程 1負責(zé)計算11000各個數(shù)字的和 (暫且認(rèn)為它非常耗時 )，線程 2負責(zé)得到這個結(jié)果并且寫入數(shù)據(jù)庫。 讀者首先想到的是將耗時的計算放入線程。這是正確的想法。首先用傳統(tǒng)線程方法來編寫這段代碼，代碼如 。 該程序貌似沒有問題，也能夠打印正確結(jié)果，但是和上一節(jié)的例子一樣，它也是很不安全的，這種不安全性也很難發(fā)現(xiàn)，也會給項目后期維護帶來巨大的代價。該程序的安全隱患在哪里呢？ 觀察 cal()函數(shù)中的代碼，當(dāng)線程 th1運行后，線程 th2運行，此時，線程 th2隨時可能搶占 CPU，而不一定要等線程 th1運行完畢。當(dāng)然，在上面的例子中，可能因為線程 th1運行較快，th2在它運行的過程中沒有搶占 CPU，“碰巧”得到了正確結(jié)果，但是如果讓線程 th2搶占 CPU，這樣，系統(tǒng)可能得不到正確結(jié)果。為了解釋這個問題，將 該代碼中，增加了一行：程序休眠 1毫秒，讓另一個線程來搶占 CPU。運行，控制臺打印如下： 很顯然，這個結(jié)果不是我們所需要的。 那為什么 sum得到的結(jié)果為 1呢？很明顯，線程 th1的 start函數(shù)運行時，相當(dāng)于讓求和過程以多線程形式運行，在它“休眠”之際， th2就搶占了 CPU，在求和還沒開始做或只完成一部分時就打印 sum，導(dǎo)致得到不正常結(jié)果。 解決方案 怎樣解決？顯而易見，方法是：在運行一個線程時，命令其他線程等待該線程運行完畢，才能搶占 CPU進行運行。對于該問題，不同語言解決方法類似。以 Java語言為例，在 Java語言中，線程的 join()方法可以解決這個問題。 見代碼 運行正常。實際上，該程序相當(dāng)于摒棄了“線程就是為了程序看起來同時做好幾件事情”的思想，將并發(fā)程序又變成了順序的，如果線程 th1沒有運行完畢的話，程序會在 ()處堵塞。如果 cal()函數(shù)耗時較長，程序?qū)⒁恢钡却?。一般的方法是，可以將該工作放在另一個線程中，這樣，既不會堵塞主程序，又能夠保證數(shù)據(jù)安全性。 見代碼 線程死鎖安全 線程死鎖 死鎖 (DeadLock)，是指兩個或兩個以上的線程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，這些永遠在互相等待的線程稱為死鎖線程。 產(chǎn)生死鎖的四個必要條件是： ? 互斥條件：資源每次只能被一個線程使用。如前面的“線程同步代碼段”，就是只能被一個線程使用的典型資源； ? 請求與保持條件：一個線程請求資源，但因為某種原因，該資源無法分配給它，于是該線程阻塞，此時，它對已獲得的資源保持不放； ? 不剝奪條件：進程已獲得的資源，在未使用完之前，不管其是否阻塞，無法強行剝奪； ? 循環(huán)等待條件：若干進程之間互相等待，形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。 這四個條件是死鎖的必要條件，只要系統(tǒng)發(fā)生死鎖，這些條件必然成立，而只要上述條件之一不滿足，就不會發(fā)生死鎖。 案例分析 以 Java語言為例，死鎖一般來源于代碼段的同步，當(dāng)一段同步代碼被某線程運行時，其他線程可能進入堵塞狀態(tài) (無法搶占 CPU)，而剛好在該線程中，訪問了某個對象，此時，除非同步鎖定被解除，否則其他線程就不能訪問那個對象。這可以稱為“線程正在等待一個對象資源”。如果出現(xiàn)一種極端情況，一個線程等候另一個對象，而另一個對象又在等候下一個對象，以此類推。這個“ 等候鏈”如果進入封閉狀態(tài)，也就是說，最后那個對象等候的是第一個對象，此時，所有線程都會陷入無休止的相互等待狀態(tài)，造成死鎖。盡管這種情況并非經(jīng)常出現(xiàn)，但一旦碰到，程序的調(diào)試將變得異常艱難。 在這里給出一個死鎖的案例，如代碼 這段程序也貌似沒有問題。但是和上一節(jié)的例子一樣，它也是很不安全的，這種不安全性也很難發(fā)現(xiàn)。 觀察 run()函數(shù)中的代碼，當(dāng) th1運行后，進入代碼段 1，鎖定了 S1，如果此時 th2運行，搶占 CPU，進入代碼段 3，鎖定 S2，那么 th1就無法運行代碼段 2，但是又沒有釋放 S1，此時， th2也就不能運行代碼段 4。造成互相等待。為了模擬這個過程，我們在程序中增加讓其休眠的代碼，好讓另一個線程來搶占 CPU。將 該代碼中，增加了一行：程序休眠 1000毫秒，讓另一個線程來搶占CPU。運行，控制臺打印如下： 兩個線程陷入無休止的等待。其原因是，線程 th1進入代碼段 1后，線程 2搶占 CPU，鎖定了 S2，而線程 th1對 S1的鎖定又沒有解除，造成線程th2無法運行下去，當(dāng)然，由于線程 th2鎖定了 S2，線程 th1也無法運行下去。 死鎖是一個很重要的問題，它能導(dǎo)致整個應(yīng)用程序慢慢終止，尤其是當(dāng)開發(fā)人員不熟悉如何分析死鎖環(huán)境的時候，還很難被分離和修復(fù)。 解決方案 就語言本身來說，尚未直接提供防止死鎖的幫助措施，需要我們通過謹(jǐn)慎的設(shè)計來避免。一般情況下，我們主要是針對死鎖產(chǎn)生的四個必要條件來進行破壞，用以避免和預(yù)防死鎖。在系統(tǒng)設(shè)計、線程開發(fā)等方面，
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