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。