現在考慮換成另一種方式來使用本章頻繁見到的計數器。在下面的例子中,每個線程都包含了兩個計數器,它們在run()裡增值以及顯示。除此以外,我們使用了Watcher類的另一個線程。它的作用是監視計數器,檢查它們是否保持相等。這表面是一項無意義的行動,因為如果查看代碼,就會發現計數器肯定是相同的。但實際情況卻不一定如此。下面是程序的第一個版本:
//: Sharing1.java // Problems with resource sharing while threading import java.awt.*; import java.awt.event.*; import java.applet.*; class TwoCounter extends Thread { private boolean started = false; private TextField t1 = new TextField(5), t2 = new TextField(5); private Label l = new Label("count1 == count2"); private int count1 = 0, count2 = 0; // Add the display components as a panel // to the given container: public TwoCounter(Container c) { Panel p = new Panel(); p.add(t1); p.add(t2); p.add(l); c.add(p); } public void start() { if(!started) { started = true; super.start(); } } public void run() { while (true) { t1.setText(Integer.toString(count1++)); t2.setText(Integer.toString(count2++)); try { sleep(500); } catch (InterruptedException e){} } } public void synchTest() { Sharing1.incrementAccess(); if(count1 != count2) l.setText("Unsynched"); } } class Watcher extends Thread { private Sharing1 p; public Watcher(Sharing1 p) { this.p = p; start(); } public void run() { while(true) { for(int i = 0; i < p.s.length; i++) p.s[i].synchTest(); try { sleep(500); } catch (InterruptedException e){} } } } public class Sharing1 extends Applet { TwoCounter[] s; private static int accessCount = 0; private static TextField aCount = new TextField("0", 10); public static void incrementAccess() { accessCount++; aCount.setText(Integer.toString(accessCount)); } private Button start = new Button("Start"), observer = new Button("Observe"); private boolean isApplet = true; private int numCounters = 0; private int numObservers = 0; public void init() { if(isApplet) { numCounters = Integer.parseInt(getParameter("size")); numObservers = Integer.parseInt( getParameter("observers")); } s = new TwoCounter[numCounters]; for(int i = 0; i < s.length; i++) s[i] = new TwoCounter(this); Panel p = new Panel(); start.addActionListener(new StartL()); p.add(start); observer.addActionListener(new ObserverL()); p.add(observer); p.add(new Label("Access Count")); p.add(aCount); add(p); } class StartL implements ActionListener { public void actionPerformed(ActionEvent e) { for(int i = 0; i < s.length; i++) s[i].start(); } } class ObserverL implements ActionListener { public void actionPerformed(ActionEvent e) { for(int i = 0; i < numObservers; i++) new Watcher(Sharing1.this); } } public static void main(String[] args) { Sharing1 applet = new Sharing1(); // This isn't an applet, so set the flag and // produce the parameter values from args: applet.isApplet = false; applet.numCounters = (args.length == 0 ? 5 : Integer.parseInt(args[0])); applet.numObservers = (args.length < 2 ? 5 : Integer.parseInt(args[1])); Frame aFrame = new Frame("Sharing1"); aFrame.addWindowListener( new WindowAdapter() { public void windowClosing(WindowEvent e){ System.exit(0); } }); aFrame.add(applet, BorderLayout.CENTER); aFrame.setSize(350, applet.numCounters *100); applet.init(); applet.start(); aFrame.setVisible(true); } } ///:~
和往常一樣,每個計數器都包含了自己的顯示組件:兩個文本字段以及一個標簽。根據它們的初始值,可知道計數是相同的。這些組件在TwoCounter構建器加入Container。由於這個線程是通過用戶的一個“按下按鈕”操作啟動的,所以start()可能被多次調用。但對一個線程來說,對Thread.start()的多次調用是非法的(會產生違例)。在started標記和過載的start()方法中,大家可看到針對這一情況采取的防范措施。
在run()中,count1和count2的增值與顯示方式表面上似乎能保持它們完全一致。隨後會調用sleep();若沒有這個調用,程序便會出錯,因為那會造成CPU難於交換任務。
synchTest()方法采取的似乎是沒有意義的行動,它檢查count1是否等於count2;如果不等,就把標簽設為“Unsynched”(不同步)。但是首先,它調用的是類Sharing1的一個靜態成員,以便增值和顯示一個訪問計數器,指出這種檢查已成功進行了多少次(這樣做的理由會在本例的其他版本中變得非常明顯)。
Watcher類是一個線程,它的作用是為處於活動狀態的所有TwoCounter對象都調用synchTest()。其間,它會對Sharing1對象中容納的數組進行遍歷。可將Watcher想象成它掠過TwoCounter對象的肩膀不斷地“偷看”。
Sharing1包含了TwoCounter對象的一個數組,它通過init()進行初始化,並在我們按下“start”按鈕後作為線程啟動。以後若按下“Observe”(觀察)按鈕,就會創建一個或者多個觀察器,並對毫不設防的TwoCounter進行調查。
注意為了讓它作為一個程序片在浏覽器中運行,Web頁需要包含下面這幾行:
<applet code=Sharing1 width=650 height=500> <param name=size value="20"> <param name=observers value="1"> </applet>
可自行改變寬度、高度以及參數,根據自己的意願進行試驗。若改變了size和observers,程序的行為也會發生變化。我們也注意到,通過從命令行接受參數(或者使用默認值),它被設計成作為一個獨立的應用程序運行。
下面才是最讓人“不可思議”的。在TwoCounter.run()中,無限循環只是不斷地重復相鄰的行:
t1.setText(Integer.toString(count1++));
t2.setText(Integer.toString(count2++));
(和“睡眠”一樣,不過在這裡並不重要)。但在程序運行的時候,你會發現count1和count2被“觀察”(用Watcher觀察)的次數是不相等的!這是由線程的本質造成的——它們可在任何時候掛起(暫停)。所以在上述兩行的執行時刻之間,有時會出現執行暫停現象。同時,Watcher線程也正好跟隨著進來,並正好在這個時候進行比較,造成計數器出現不相等的情況。
本例揭示了使用線程時一個非常基本的問題。我們跟無從知道一個線程什麼時候運行。想象自己坐在一張桌子前面,桌上放有一把叉子,准備叉起自己的最後一塊食物。當叉子要碰到食物時,食物卻突然消失了(因為這個線程已被掛起,同時另一個線程進來“偷”走了食物)。這便是我們要解決的問題。
有的時候,我們並不介意一個資源在嘗試使用它的時候是否正被訪問(食物在另一些盤子裡)。但為了讓多線程機制能夠正常運轉,需要采取一些措施來防止兩個線程訪問相同的資源——至少在關鍵的時期。
為防止出現這樣的沖突,只需在線程使用一個資源時為其加鎖即可。訪問資源的第一個線程會其加上鎖以後,其他線程便不能再使用那個資源,除非被解鎖。如果車子的前座是有限的資源,高喊“這是我的!”的孩子會主張把它鎖起來。