Java多线程同步设计中使用Metux

 

Mutex是互斥体，广泛地应用在多线程编程中。本文以广为流程的Doug Lea的concurrent工具包的Mutex实现为例，进行一点探讨。在Doug Lea的concurrent工具包中，Mutex实现了Sync接口，该接口是concurrent工具包中所有锁（lock）、门（gate）和条件变量（condition）的公共接口，Sync的实现类主要有：Mutex、Semaphore及其子类、Latch、CountDown、ReentrantLock等。这也体现了面向抽象编程的思想，使我们可以在不改变代码或者改变少量代码的情况下，选择使用Sync的不同实现。下面是Sync接口的定义：

public interface Sync{　public void acquire() throws InterruptedException;　//获取许可　public boolean attempt(long msecs) throws InterruptedException;　//尝试获取许可　public void release();　//释放许可}

　　通过使用Sync可以替代Java synchronized关键字，并提供更加灵活的同步控制。当然，并不是说　concurrent工具包是和Java synchronized独立的技术，其实concurrent工具包也是在synchronized的基础上搭建的，从下面对Mutex源码的解析即可以看到这一点。synchronized关键字仅在方法内或者代码块内有效，而使用Sync却可以跨越方法甚至通过在对象之间传递，跨越对象进行同步。这是Sync及concurrent工具包比直接使用synchronized更加强大的地方。

　　注意Sync中的acquire（）和attempt（）都会抛出InterruptedException，所以使用Sync及其子类时，调用这些方法一定要捕获InterruptedException.而release（）方法并不会抛出InterruptedException，这是因为在acquire（）和attempt（）方法中可能会调用wait（）等待其它线程释放锁。而release（）在实现上进行了简化，直接释放锁，不管是否真的持有。所以，你可以对一个并没有acquire（）的线程调用release（）这也不会有什么问题。而由于release（）不会抛出InterruptedException，所以我们可以在catch或finally子句中调用release（）以保证获得的锁能够被正确释放。比如：

class X{　Sync gate; // ...　public void m()　{　　try　　{　　　gate.acquire();　　　// block until condition holds　　　try　　　{　　　　// ... method body　　　}　　　finally { gate.release(); }　　}　　catch (InterruptedException ex) { // ... evasive action }　}}

　　Mutex是一个非重入的互斥锁。Mutex广泛地用在需要跨越方法的before/after类型的同步环境中。下面是Doug Lea的concurrent工具包中的Mutex的实现。

 

public class Mutex implements Sync{　/** The lock status **/　protected boolean inuse_ = false;　public void acquire() throws InterruptedException　{　　if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException();//(1)　　synchronized(this)　　{　　　try　　　{　　　　while (inuse_) wait();　　　　inuse_ = true;　　　}　　　catch (InterruptedException ex)　　　{　　　　//(2)　　　　notify();　　　　throw ex;　　　}　　}　}　public synchronized void release()　{　　inuse_ = false;　　notify();　}　public boolean attempt(long msecs) throws InterruptedException　{　　if (Thread.interrupted()) throw new InterruptedException();　　synchronized(this)　　{　　　if (!inuse_)　　　{　　　　inuse_ = true;　　　　return true;　　　}　　　else if (msecs <= 0)　　　　return false;　　　else　　　{　　　　long waitTime = msecs;　　　　long start = System.currentTimeMillis();　　　　try　　　　{　　　　　for (;;)　　　　　{　　　　　　wait(waitTime);　　　　　　if (!inuse_)　　　　　　{　　　　　　　inuse_ = true;　　　　　　　return true;　　　　　　}　　　　　　else　　　　　　{　　　　　　　waitTime = msecs - (System.currentTimeMillis() - start);　　　　　　　if (waitTime <= 0) // (3)　　　　　　　　return false;　　　　　　 }　　　　　}　　　　}　　　　catch (InterruptedException ex)　　　　{　　　　　notify();　　　　　throw ex;　　　　}　　　}　　}　}}

　　为什么要在acquire（）和attempt（0方法的开始都要检查当前线程的中断标志呢？这是为了在当前线程已经被打断时，可以立即返回，而不会仍然在锁标志上等待。调用一个线程的interrupt（）方法根据当前线程所处的状态，可能产生两种不同的结果：当线程在运行过程中被打断，则设置当前线程的中断标志为true；如果当前线程阻塞于wait（）、sleep（）、join（），则当前线程的中断标志被清空，同时抛出InterruptedException.所以在上面代码的位置（2）也捕获了InterruptedException，然后再次抛出InterruptedException.

　　release（）方法简单地重置inuse_标志，并通知其它线程。

　　attempt（）方法是利用Java的Object.wait（long）进行计时的，由于Object.wait（long）不是一个精确的时钟，所以attempt（long）方法也是一个粗略的计时。注意代码中位置（3），在超时时返回。

　　Mutex是Sync的一个基本实现，除了实现了Sync接口中的方法外，并没有添加新的方法。所以，Mutex的使用和Sync的完全一样。在concurrent包的API中Doug给出了一个精细锁定的List的实现示例，我们这儿也给出，作为对Mutex和Sync使用的一个例子：

class Node{　Object item; Node next;　Mutex lock = new Mutex();　// 每一个节点都持有一个锁　Node(Object x, Node n)　{　　item = x;　　next = n;　}}class List{　protected Node head;　// 指向列表的头　// 使用Java的synchronized保护head域　// (我们当然可以使用Mutex，但是这儿似乎没有这样做的必要　　protected synchronized Node getHead()　{ return head; }　boolean search(Object x) throws InterruptedException　{　　Node p = getHead();　　if (p == null) return false;　　// (这儿可以更加紧凑，但是为了演示的清楚，各种情况都分别进行处理)　　p.lock.acquire();　　// Prime loop by acquiring first lock.　　// (If the acquire fails due to　　// interrupt, the method will throw　　// InterruptedException now,　　// so there is no need for any　　// further cleanup.)　　for (;;)　　{　　　if (x.equals(p.item))　　　{　　　　p.lock.release();　　　　// 释放当前节点的锁　　　　return true;　　　}　　　else　　　{　　　　Node nextp = p.next;　　　　if (nextp == null)　　　　{　　　　　p.lock.release();　　　　　// 释放最后持有的锁　　　　　return false;　　　　}　　　　else　　　　{　　　　　try　　　　　{　　　　　　nextp.lock.acquire();　　　　　　// 在释放当前锁之前获取下一个节点的锁　　　　　}　　　　　catch (InterruptedException ex)　　　　　{　　　　　　p.lock.release();　　　　　　// 如果获取失败，也释放当前的锁 throw ex;　　　　　}　　　　　p.lock.release();　　　　　// 释放上个节点的锁，现在已经持有新的锁了　　　　　p = nextp;　　　　}　　　}　　}　}　synchronized void add(Object x)　{　　// 使用synchronized保护head域　　head = new Node(x, head);　}　// ... other similar traversal and update methods ...}