4、资源共享

现在共享经济比较火爆,直接点就是所有权和使用权的解耦,通过分时错位使用,达到较高的资源利用程度。


在第一节中我们问了几个问题,其中第4个问题就是线程与资源的关系。我们前面说过,进程 = 资源 + 线程,也就是说,资源的隔离是在进程层面上的,没有在线程层面做隔离(也有一些变量隔离在线程上,但是大部分都是引用,这个无关大局)。因为进程是对应应用的,一个应用内,资源在很大程度上有一定的关联性,如果再在这个层面上做冗余,一方面在空间上,会有很大浪费,另一方面,在资源状态的同步上,势必也够运行时整理的。所以,自己的程序,还是交给自己去处理吧。


资源从哪里来的?

资源是在任务执行过程中,按需创建出来的。


资源放在哪里?

资源存放在进程的地址空间内,按照不同的内存模型定义,放置在不同的位置,比如Java内部模型中对于方法区、堆、栈、本地方法区等定义。


资源如何使用?

在线程执行到一定位置,需要相应资源时,就依据资源的引用(地址)去获取资源。


如果同时几个线程都需要获取一个资源怎么办(资源共享问题)?

这个时候就需要协调一下,不能你用我也用,这样会导致资源的状态不可预测,直接违反的程序的可预测性的基本要求,所以。需要一定的机制来保证有规矩。这个规矩就是锁。


我们知道,出现竞态条件的原因是资源共享,那么落脚点在资源本身。其实处理做法比较简单。就是在资源上,统一都配置上二元信号量,外加一个等待队列。其实很容易理解。信号量就是一个数值,可以理解为信号的强度。二元信号量就是只有0和1两个强度。当多个线程(拥有躯壳的灵魂,拥有CPU的线程)来请求一个资源时,先访问信号量,如果此时信号量为1,那么就将这个信号量减1,变为0。下一个过来的线程检查到信号量为0,表示不可用,就将自己加入到等待队列。前面获得资源的线程执行完之后,将信号量加1,并告诉等到队列的线程,你们可以来用这个资源了。


所以,在java中,wait()方法,notify()方法,notifyAll()方法是Object的方法,而非Thread的方法,因为调用wait()时,是让CPU往资源对象的等待列表里面加一个等待线程(PCB),当其他线程调用该资源对象的notify()或者notiryAll()时,也是告诉等待队列中的线程(PCB)可以来尝试获取这个资源了。当然,这个也都不是真实的,真实的情况还是操作系统将这些个等待线程的PCB对应的状态由waiting修改为Ready,然后等着操作系统给分配上CPU的时间。


这其中有一个比较隐藏的点,就是如果线程A打算获取资源,但是没有获取到资源的锁,这个时候线程A还在CPU上,虽然没获取到资源,但是还能活动(现在灵魂还装在躯壳里),不过它已经不能再继续往下干活了,因为缺少必要的资源,接下来它就将自己的状态修改为Blocked,阻塞。所以,阻塞这个状态是主动的,不是被阻塞。等到将自己变为阻塞状态之后,它开始提前结束自己的时间片,因为接下来占用时间片也没意义了,所以,这种方式还叫做协作。但是这个自我阻塞的线程,是没办法自我唤醒的,因为这个状态下,它始终无法获取CPU,就没有行动的能力。所以,在一个获取资源的线程在操作完毕之后,调用notify()或者notifyAll()时,通知操作系统,从该资源的等待队列选择一个PCB修改为非Blocked,这个时候,其他线程就获得了上CPU的可能,然后又开始了下一轮的循环。



在进行协作的时候,一个线程调用wait()的前提是它具有CPU执行时间片(有活动能力),并且持有这个资源,在调用之后,它就释放了这个资源,也就是将信号量加1了。但是有一个情况,就是调用Sleep()函数时,这个时候,当前线程在具备行动能力的时候,却没有释放资源,只是自己啥也不干了,但是也不会释放已有的资源。所以,Sleep()跟资源没关系,它是Thread的方法。明白了吗?


还有一个方法,就是join()方法,它的作用就是让一个线程可以等待另一个线程执行完毕。归根结底它是在内部调用wait()方法,不过它是Thread的实例方法,而不是Object的方法。当主线程调用某个线程实例的join()方法时,让我们过一遍里面逻辑的过程:首先主调线程t1上CPU,开始执行,执行到t2.join()时,发现需要等到t2执行完毕。这个时候,t2可能正在运行,也可能被阻塞,这个无所谓。执行t1的CPU开始修改t2的等待列表(join()里面包裹着wait()方法),将t1加入到里面,然后t1就自己的时间片交出,大喊一声,我下CPU了,你们可以上了。等到t2执行完毕,调用t2的notify()或者notiryAll()方法,让CPU将等待列表中的线程的状态修改为Ready,这样就等于唤醒了等待它的线程,这个时候t2是执行完毕了,那么相当于t2执行完毕了,t1就开始执行,完成了这种首尾相接。

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