多处理器编程的艺术 第二章 互斥 (上)

2.1 时间

- 线程是个状态机,其状态的转换称为事件。

- 事件是瞬间发生的,我们假设不同的事件在不同的时间点发生。

- 事件间隔有重叠时,称为 并发的。

2.2 临界区

- 某个时刻仅能够被一个线程执行的代码,称为临界区。

- 上面的特性,称为 互斥。

-

+  互斥:不同线程的临界区之间没有重叠。

+ 无死锁:如果一个线程正在尝试获得一个锁,那个总会成功的获得这个锁。

+ 无饥饿:每个试图获得锁的线程最终都能成功。//无饥饿意味着无死锁。

//无饥饿特性不保证线程在进入临界区以前需要等待多长时间。

- 即使程序所使用的每个锁都满足无死锁特性,该程序也可能死锁。

2.3 双线程解决方案

2.3.1 LockOne算法

LockOne算法的缺陷:**LockOne算法在交叉执行的时候会出现死锁。若事件writeA(flag[A] = true)与writeB(flag[B] = true)在事件readA(flag[B]==flase)和readB(flag[A]==false)之前发生,那么两个线程都将陷入无穷等待。

2.3.2 LockTwo算法

LockTwo类存在的缺陷:当一个线程完全先于另一个线程执行的时候就会出现死锁。但是两个线程并发地执行,却是成功的。由此,我们看到LockOne与LockTwo算法彼此互补,于是将两者结合的算法Peterson算法实现了。

2.3.3 Peterson锁

Peterson锁算法://双线程互斥算法

class Peterson implements Lock {

// thread-local index, 0 or 1

private volatile boolean[] flag = new boolean[2];

private volatile int victim;

public void lock() {

int me = ThreadID.get();

int he = 1 - me;

flag[me] = true;            // I’m interested

victim = me;                // you go first

while (flag[he] && victim == me) {}; // wait

}

public void unlock() {

int me = ThreadID.get();

flag[me] = false;           // I’m not interested

}

}

-  Peterson锁是满足互斥特性,是无饥饿,无死锁的。

2.4 过滤锁(分层策略)

算法代码:

class Filter implements Lock {

int[] level;

int[] victim;

public Filter(int n) {

level = new int[n];

victim = new int[n]; // use 1..n-1

for (int i = 0; i < n; i++) {

level[i] = 0; //[1]

}

}

public void lock() {

int me = ThreadID.get();

for (int i = 1; i < n; i++) { //attempt level 1 //[2]

level[me] = i;

victim[i] = me;

// spin while conflicts exist

while ((∃k != me) (level[k] >= i && victim[i] == me)) {}; //[3]

}

}

public void unlock() {

int me = ThreadID.get();

level[me] = 0;

}

}

说明:  - n 元整数组level [], level[A]的值表示线程A正在尝试进入的层。

- 每个层都有一个victim[l] 域, 用来选出线程,“留守”本层。

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