Статьи

Блокировка семафором: пример

Декабрь 24, 2018
Параллельность — это один из аспектов, который сопряжён с интересными проблемами. Если не правильно обработать, это приводит к гоночным условиям, которые будут сбивать с толку людей, потому что эти проблемы просто возникают время от времени и иногда работают без нареканий.

Язык Java предоставляет множество способов обработки условий гонки при работе с параллельными потоками, обращающимися к общему ресурсу. Некоторые включают;

  1. Используя ключевое слово volatile
  2. Использование классов, доступных в java.util.concurrent и java.util.concurrent.atomic
  3. Синхронизированные блоки
  4. Используя семафор

Конечно, я мог бы не знать о многих других вещах. На сегодня я хочу показать вам пример, использующий
Семафор Это было введено в JDK 1.5 и дает разработчику возможность беспрепятственно получать и снимать блокировки. Также пример, который я покажу, является гипотетическим сценарием, который я использовал только для того, чтобы показать, чего можно достичь с помощью семафора, и поэтому, пожалуйста, не смотрите на внутренние детали кода 🙂 ..

Таким образом, сценарий как таковой, есть кэш в памяти, содержащий объекты типа
‘Человек’. Пользователи могут вставлять и извлекать записи, используя кэш. Проблема в том, что мы собираемся контролировать одновременный доступ к нашему кэшу в памяти с помощью семафоров. Теперь я не хочу утомлять вас большим количеством текста, поэтому давайте приступим к делу и покажем немного кода;

01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
import java.util.concurrent.Semaphore;
 
/**
 * This class will allow thread to acquire and release locks as required
 *
 * @author dinuka.arseculeratne
 *
 */
public class PersonLock {
 
 /**
  * We do not want multiple lock objects lying around so we make ths class
  * singleton
  */
 private PersonLock() {
 
 }
 
 /**
  * Bill Pugh's way of lazy initializing the singleton instance
  *
  * @author dinuka.arseculeratne
  *
  */
 private static class SingletonHolder {
  public static final PersonLock INSTANCE = new PersonLock();
 }
 
 /**
  * Use this method to get a reference to the singleton instance of
  * {@link PersonLock}
  *
  * @return the singleton instance
  */
 public static PersonLock getInstance() {
  return SingletonHolder.INSTANCE;
 }
 
 /**
  * In this sample, we allow only one thread at at time to update the cache
  * in order to maintain consistency
  */
 private Semaphore writeLock = new Semaphore(1);
 
 /**
  * We allow 10 concurrent threads to access the cache at any given time
  */
 private Semaphore readLock = new Semaphore(10);
 
 public void getWriteLock() throws InterruptedException {
  writeLock.acquire();
 }
 
 public void releaseWriteLock() {
  writeLock.release();
 }
 
 public void getReadLock() throws InterruptedException {
  readLock.acquire();
 }
 
 public void releaseReadLock() {
  readLock.release();
 }
}

Этот класс будет обрабатывать процесс получения и освобождения блокировок, необходимых для обеспечения безопасности нашего потока кеша. Я использовал два отдельных замка для чтения и записи. Основанием для этого было позволить пользователям читать данные, хотя они могут быть устаревшими во время чтения.

Обратите внимание, что я использовал
«десять» здесь означает, что десять потоков могут одновременно получать блокировки и обращаться к кешу для чтения. Далее вы можете увидеть в блокировке записи, я использовал
один ‘, который означает, что только один поток может одновременно обращаться к кешу для помещения в него элементов. Это важно для обеспечения согласованности в кэше. То есть я не хочу, чтобы несколько потоков пытались вставить элементы на карту, что привело бы к непредсказуемому поведению (по крайней мере, в некоторых случаях). Есть в основном два способа получения блокировки с помощью семафора.

1. acqu () : блокирующий вызов, который ожидает, пока блокировка не будет снята или поток не прерван

2. tryAcquire () : это неблокирующий вызов, который немедленно вернется и вернет истину или ложь, показывая, была ли получена блокировка или нет.

Здесь я использовал блокирующий вызов захвата, потому что я хочу, чтобы поток ожидал, пока блокировка не станет доступной. Конечно, это будет зависеть от вашего варианта использования. Вы также можете определить период ожидания в методе tryAcquire (), чтобы поток не ожидал блокировки бесконечно.

Далее класс хранения ниже показывает, как я использовал класс блокировки для вставки и чтения данных в кеше.

01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
 
/**
 * A mock storage to hold the person objects in a map
 *
 * @author dinuka.arseculeratne
 *
 */
public class PersonStorage {
 
 private Map<Integer, Person> personCache = new HashMap<Integer, Person>();
 
 private int counter = 0;
 
 /**
  * This class is made singleton and hence the constructor is made private
  */
 private PersonStorage() {
 
 }
 
 /**
  * Bill Pugh's way of lazy initializing the singleton instance
  *
  * @author dinuka.arseculeratne
  *
  */
 private static final class SingletonHolder {
  public static final PersonStorage INSTANCE = new PersonStorage();
 }
  
 /**
  * Use this method to get a reference to the singleton instance of
  * {@link PersonStorage}
  *
  * @return the singleton instance
  */
 public static PersonStorage getInstance()
 {
  return SingletonHolder.INSTANCE;
 }
 
 /**
  * Inserts the person into the map. Note that we use defensive copying so
  * that even if the client changes the object later on, those changes will
  * not be reflected in the object within the map
  *
  * @param person
  *            the instance of {@link Person} to be inserted
  * @return the key which signifies the location of the person object
  * @throws InterruptedException
  */
 public int putPerson(Person person) throws InterruptedException {
   
  Person copyPerson = person.copyPerson();
  personCache.put(++counter, copyPerson);
   
  return counter;
 }
 
 /**
  * Here as well we use defensive copying so that the value of the object
  * reference within the map is not passed in to the calling party.
  *
  * @param id
  *            the id representing the location of the object within the map
  * @return the instance of the {@link Person} represented by the key passed
  *         in
  * @throws InterruptedException
  */
 public Person retrievePerson(int id) throws InterruptedException {
  PersonLock.getInstance().getReadLock();
  if (!personCache.containsKey(id)) {
   throw new RuntimeException('Key is not found');
  }
  PersonLock.getInstance().releaseReadLock();
  return personCache.get(id).copyPerson();
 }
 
}

Очевидно, что код будет работать и без блокировок, но проблема в том, что приложение будет несовместимым и будет давать разные результаты при каждом запуске. Это не то, что вы хотите, чтобы ваше приложение делало, и поэтому с блокировками вы гарантируете, что ваше приложение работает стабильно.

И, наконец, небольшой тестовый класс, чтобы показать, как он будет себя вести; не то чтобы здесь мы получили блокировку перед вызовом метода putPerson () и снимаем блокировку в блоке finally, чтобы гарантировать снятие блокировки.

01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
/**
 * A test class to demonstrate the locking at work
 *
 * @author dinuka.arseculeratne
 *
 */
public class TestLock {
 
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 
  Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
 
   @Override
   public void run() {
     
    Person p1 = new Person(1L, 'Test1', 'XYZ');
    try {
PersonLock.getInstance().getWriteLock();
PersonStorage.getInstance().putPerson(p1);
    } catch (InterruptedException e) {
     // Exception handling need to be done
     e.printStackTrace();
    }
   finally{
          PersonLock.getInstance().releaseWriteLock();
    }
   }
  });
 
  Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
 
   @Override
   public void run() {
     
    Person p2 = new Person(2L, 'Test123', 'ABC');
 
    try {
PersonLock.getInstance().getWriteLock();
 
     PersonStorage.getInstance().putPerson(p2);
    } catch (InterruptedException e) {
     // Exception handling need to be done
    }
 finally{
          PersonLock.getInstance().releaseWriteLock();
    }
     
   }
  });
 
  t1.start();
  t2.start();
 
  System.out.println(PersonStorage.getInstance().retrievePerson(2));
 }
}

На этом я заканчиваю свое краткое введение в использование Sempahores для обеспечения безопасности вашего кода. Для тех, кто хочет поиграть с кодом, вы можете получить его у
здесь Попробуйте снять блокировки в классе Storage и посмотрите, как он ведет себя при каждом запуске. Вы увидите возможные условия гонки.

Ссылка: Блокировка с помощью семафора: пример от нашего партнера по JCG Динуки Арурилератне в блоге My Journey By IT .

48
Share: