基于ＪＡＣ技術實現讀者／寫者問題的研究

[摘要] 簡要描述JAC技術，闡述操作系統中讀者/寫者這個經典同步問題，并給出基于JAC實現此問題避免餓死現象的相應代碼，以此論述JAC的使用及其線程同步能力。

[關鍵詞] JAC 讀者/寫者問題 同步

一、JAC簡介

由Max Haustein等人開發的JAC是基于對順序Java代碼擴展注釋來描述并發機制的，有著高水平的并發特征。它完全拋棄了Java原有的并發編程方式，隱藏了線程， 最小化了并發碼和順序碼之間的分歧，加強了代碼復用，融合了繼承，并減輕了繼承異常。用JAC 編寫的Java程序只是純粹的順序化代碼，通過在順序代碼中增加并發注解來實現并發，JAC 預編譯器將識別它，并把它編譯成Java編譯器能識別的普通的Java并發同步代碼。JAC中能被注解的語言成分有:語句、方法、類。與Java不同，JAC中的所有方法默認為必須互斥地執行，除非其前面有可并發執行的注解。

二、讀者/寫者問題描述

所謂“讀者/寫者問題”是指保證一個寫線程必須與其他線程互斥地訪問共享數據的同步問題。讀者/寫者問題問題所滿足的條件是：讀/讀允許、讀/寫和寫/寫互斥，否則，將引起訪問沖突，破壞數據的完整性。考慮到讀者和寫者爭奪訪問共享數據時可以具有不同的優先權，該問題可拓展出三種算法:(1)讀者優先;(2)寫者優先;(3)公平競爭。

三、基于JAC的實現

設計兩個類： ShoredData類，將控制”讀”與”寫”分開，在讀或寫之前，必須先循環判斷其Guard表達式，為真則開始讀或寫，讀、寫完畢進行修改相應值。ReadersWriter類，可讀可寫且用于操作測試，該類對象會對”讀/寫”、 ”寫/寫”進行互斥控制，而”讀/讀”不會發生沖突，不進行共享互斥。

1.ShoredData類

public class ShoredData{

……

public ShoredData(int size)

{ this.buf=new char[size];

for(int i=0;i

/**

* @compatible readstart()

*@when writing<=0(!Priority||waiting<=0)

*/

public char[] readstart(){

reading++;

char[] newbuf=new char[buf.length];

for(int i=0;i

{newbuf[i]=buf[i];

System.out.println(“reading:”+ newbuf[i]);

}

/** @sleep Math.random()*1000 */

return newbuf;}

publicvoid readend()

{ reading--; priority=true;}

/**

* @if c!=1 waiting++

* @when reading<=0 writing<=0

*/

public void writestart(char c)

{--waiting; writing++;

for(int i=0;i

{ buf[i]=c;

System.out.println(“writing:”+ buf[i]);

/** @sleep Math.random()*1000 */

} }

public void writeend()

{ --writing;priority=1;} }

2.ReadersWriter類

public class ReadersWriter{

ShoredData SD;

public ReadersWriter()

{/** @controlled */

SD=new ShoredData(10); }

public static void main(String[] args)

{ /** @controlled */

ReadersWriter RW=new ReadersWriter();

/** @sleep 10000 */

System.out.println(“演示完畢!”);

/** @stop RW */

RW=1;}

//n個reader線程，它們之間可并發執行

/**

* @auto delay Math.random()*1000 thread n

* @compatible

*/

public void read()

{ System.out.println(“Reading:”);

SD.readstart();SD.readend();}

//m個writer線程，可并發執行，但由于受條件控制，寫/寫之間只能互斥

/**

* @auto delay Math.random()*1000 thread m

* @compatible

*/

public void write()

{ System.out.println(“Writing:”);

SD.writestart(c);SD.writeend();} }

四、結語

JAC技術是一種java拓展的并行表達層次更高的并發模型，它只是在順序代碼中增加一些并發注解，使得代碼進一步重用。讀者/寫者問題是操作系統中一個常見且復雜的同步問題，用JAC 解決該問題簡潔、清晰、程序可讀性強。與其他同步機制相比，JAC在算法設計上的自然形式也更加符合設計人員的思維習慣，并且程序健壯性也大大增強了。

參考文獻:

李金忠夏潔武:基于JAVA多線程機制實現讀者/寫者問題的拓展研究[J]. 井岡山學院學報， 2008， 29(2)