线程同步工具（二）控制并发访问多个资源

声明：本文是《 Java 7 Concurrency Cookbook 》的第三章，作者： Javier Fernández González 译者：郑玉婷

控制并发访问多个资源

在并发访问资源的控制中，你学习了信号量（semaphores）的基本知识。

在上个指南，你实现了使用binary semaphores的例子。那种semaphores是用来保护访问一个共享资源的，或者说一个代码片段每次只能被一个线程执行。但是semaphores也可以用来保护多个资源的副本，也就是说当你有一个代码片段每次可以被多个线程执行。

在这个指南中，你将学习怎样使用semaphore来保护多个资源副本。你将实现的例子会有一个print queue但可以在3个不同的打印机上打印文件。

准备

指南中的例子是使用 Eclipse IDE 来实现的。如果你使用Eclipse 或者其他的IDE，例如NetBeans, 打开并创建一个新的java任务。实现在控制并发访问资源里描述的例子。

怎么做呢…

按照这些步骤来实现下面的例子：

    
    01//1.  如我们之前提到的，你将实现semaphores来修改print queue例子。打开PrintQueue类并声明一个boolean array名为 freePrinters。这个array储存空闲的等待打印任务的和正在打印文档的printers。

    02 private boolean freePrinters[]; 

    03 

    04//2.   接着，声明一个名为lockPrinters的Lock对象。将要使用这个对象来保护freePrinters array的访问。

    05 private Lock lockPrinters; 

    06 

    07//3.   修改类的构造函数并初始化新声明的对象们。freePrinters array 有3个元素，全部初始为真值。semaphore用3作为它的初始值。

    08 public PrintQueue(){ 

    09 

    10 semaphore=new Semaphore(3); 

    11 freePrinters=new boolean[3]; 

    12 

    13 for (int i=0; i<3; i++){ 

    14     freePrinters[i]=true; 

    15}

    16 lockPrinters=new ReentrantLock(); 

    17}

    18 

    19//4.   修改printJob()方法。它接收一个称为document的对象最为唯一参数。

    20 public void printJob (Object document){ 

    21 

    22//5.   首先，调用acquire()方法获得semaphore的访问。由于此方法会抛出 InterruptedException异常，所以必须加入处理它的代码。

    23 try { 

    24     semaphore.acquire(); 

    25 

    26//6.   接着使用私有方法 getPrinter()来获得被安排打印任务的打印机的号码。

    27 int assignedPrinter=getPrinter(); 

    28 

    29//7.    然后， 随机等待一段时间来实现模拟打印文档的行。

    30 long duration=(long)(Math.random()*10); 

    31 System.out.printf("%s: PrintQueue: Printing a Job in Printer%d during %d seconds\n",Thread.currentThread().getName(), assignedPrinter,duration); 

    32TimeUnit.SECONDS.sleep(duration);

    33 

    34//8.   最后，调用release() 方法来解放semaphore并标记打印机为空闲，通过在对应的freePrinters array引索内分配真值。

    35 freePrinters[assignedPrinter]=true; 

    36 } catch (InterruptedException e) { 

    37     e.printStackTrace(); 

    38 } finally { 

    39     semaphore.release(); 

    40}

    41 

    42//9.  实现 getPrinter() 方法。它是一个私有方法，返回一个int值，并不接收任何参数。

    43 private int getPrinter() { 

    44 

    45//10. 首先，声明一个int变量来保存printer的引索值。

    46 int ret=-1; 

    47 

    48//11. 然后， 获得lockPrinters对象 object的访问。

    49 try { 

    50lockPrinters.lock();

    51 

    52//12. 然后，在freePrinters array内找到第一个真值并在一个变量中保存这个引索值。修改值为false，因为等会这个打印机就会被使用。

    53 for (int i=0; i<freePrinters.length; i++) { 

    54 if (freePrinters[i]){ 

    55     ret=i; 

    56     freePrinters[i]=false; 

    57     break; 

    58}

    59}

    60 

    61//13. 最后，解放lockPrinters对象并返回引索对象为真值。

    62 } catch (Exception e) { 

    63     e.printStackTrace(); 

    64 } finally { 

    65     lockPrinters.unlock(); 

    66}

    67 return ret; 

    68 

    69//14. Job 和 Core 类不做任何改变。

它是怎么工作的…

在例子中的PrintQueue类的关键是：Semaphore对象创建的构造方法是使用3作为参数的。这个例子中，前3个调用acquire() 方法的线程会获得临界区的访问权，其余的都会被阻塞。当一个线程结束临界区的访问并解放semaphore时，另外的线程才可能获得访问权。

在这个临界区，线程获得被分配打印的打印机的引索值。例子的这部分让例子更真实，而且它没有使用任何与semaphores相关的代码。以下的裁图展示了这个例子的执行输出：

每个文档都被安排到第一个空闲的打印机打印。

更多…

The acquire(), acquireUninterruptibly(), tryAcquire(),和release()方法有一个外加的包含一个int参数的版本。这个参数表示线程想要获取或者释放semaphore的许可数。也可以这样说，这个线程想要删除或者添加到semaphore的内部计数器的单位数量。在这个例子中acquire(), acquireUninterruptibly(), 和tryAcquire() 方法, 如果计数器的值小于许可值，那么线程就会被阻塞直到计数器到达或者大于许可值。