W programowaniu współbieżnym musimy skupić się na dwóch rzeczach
- Wzajemne wykluczenie
Gdy proces / wątek wykonuje sekcję krytyczną, żadne inne procesy nie mogą wykonywać sekcji krytycznej. (Każdy proces ma segment kodu o nazwie „Sekcja krytyczna”, w której uzyskuje się dostęp do udostępnionych danych).
- Synchronizacja
Kiedy wątki próbują osiągnąć wspólny cel poprzez współpracę, te wątki wymagają współpracy między nimi. Muszą się zsynchronizować, gdy koncentrują się na wspólnym celu.
Monitory służą do wzajemnego wykluczania i synchronizacji.
Jak łatwo zrozumieć Monitor?
Nie myl tego obszaru krytycznego z sekcją krytyczną, ponieważ tutaj obszar krytyczny wspomniany jest na poziomie obiektu, a nie na poziomie wątku. Udostępniane dane są uważane za obszar krytyczny.
Każdy obiekt i jego klasa są powiązane z monitorem. Zmienne instancji obiektów, które muszą być chronione przed równoczesnym dostępem, obejmowały obszar krytyczny dla monitora, który jest powiązany z obiektem i zmienne instancji klas / zmienne statyczne klasy, które muszą być chronione przed równoczesnym dostępem, zawarte w obszarze krytycznym dla monitor, który jest powiązany z klasą.
Ten krytyczny obszar jest chroniony zamkiem, który zapewnia wzajemne wykluczenie.
Zestaw Wait jest również powiązany z monitorem używanym do zapewnienia koordynacji między wątkami.
Zestaw wpisów jest używany do przechowywania wątków, które są już żądane dla blokady, a blokada nie została jeszcze przez nie uzyskana.
W jaki sposób osiąga się wzajemne wykluczenie w Monitorze?
Każdy obiekt jest powiązany z monitorem, a ten monitor ma blokadę, w której każdy wątek może zablokować lub odblokować obiekt za pomocą tej blokady, gdy uzyskuje dostęp do współdzielonych zmiennych. Mówiąc wprost, oznacza to, że tylko jeden wątek naraz może blokować monitor. Wszelkie inne wątki próbujące zablokować tę blokadę są blokowane, dopóki nie uzyskają blokady. gdy nowy wątek próbuje uzyskać blokadę i jeśli już wątek posiada blokadę, to ten wątek będzie czekał na zestaw wpisu, aby uzyskać blokadę. kiedy nić, która została zdobyta, blokada zakończy swoją krytyczną sekcję, zwolni blokadę. Zatem następny wątek otrzyma blokadę, ale ten następny wątek jest pobierany z zestawu wpisów i zostanie określony przez JVM na podstawie pewnych kryteriów, takich jak FIFO.
Tutaj osiągnęliśmy wzajemne wykluczenie, ponieważ dajemy wyłączny dostęp do wątku obiektu i nie pozwalamy żadnym innym wątkom wejść do ich krytycznej sekcji.
Przykładowy kod java umożliwiający wzajemne wykluczenie przy użyciu monitora
class Counter
{
private int count = 0;
public void synchronized Increment() {
int n = count;
count = n+1;
}
}
W jaki sposób koordynacja / synchronizacja jest osiągana przez Monitor?
Synchronizacja jest osiągana za pomocą zestawu oczekiwania, który jest powiązany z monitorem oraz mechanizmu „czekaj i powiadamiaj” lub „sygnalizuj i kontynuuj”. Synchronizacja jest ważna, gdy jeden wątek wymaga, aby niektóre dane były w określonym stanie, a inny wątek jest odpowiedzialny za wprowadzenie danych do tego stanu, np. Problem producenta / konsumenta
Gdy wątek wywołuje metodę wait () w odniesieniu do obiektu, wówczas wątek zostaje zawieszony i dodany do zestawu wait, aby poczekać, aż inny wątek wywoła notify () lub notifyAll () na tym samym obiekcie.
Metoda notify () służy do wybudzania wątków znajdujących się w zestawie oczekiwania monitora określonego obiektu. Istnieją dwa sposoby powiadamiania o oczekujących wątkach.
- notify () -> Dla wszystkich wątków oczekujących na wait ustaw metodę notify () powiadamia każdego z nich, aby wybudził się arbitralnie. Wybór, który dokładnie wątek ma się obudzić, jest niedeterministyczny i zależy od maszyny JVM.
- notifyAll () -> Ta metoda po prostu budzi wszystkie wątki, które oczekują na ustawiony czas oczekiwania. Przebudzone wątki nie będą mogły kontynuować, dopóki bieżący wątek nie zwolni blokady tego obiektu. Przebudzone wątki będą konkurować w zwykły sposób z innymi wątkami, które mogą aktywnie konkurować o synchronizację.
Przykładowy kod java do osiągnięcia synchronizacji przy użyciu monitora w problemie producenta
class Buffer {
private char [] buffer;
private int count = 0, in = 0, out = 0;
Buffer(int size)
{
buffer = new char[size];
}
public synchronized void Put(char c) {
while(count == buffer.length)
{
try { wait(); }
catch (InterruptedException e) { }
finally { }
}
System.out.println("Producing " + c + " ...");
buffer[in] = c;
in = (in + 1) % buffer.length;
count++;
notify();
}
public synchronized char Get() {
while (count == 0)
{
try { wait(); }
catch (InterruptedException e) { }
finally { }
}
char c = buffer[out];
out = (out + 1) % buffer.length;
count--;
System.out.println("Consuming " + c + " ...");
notify();
return c;
}
}
Zobacz poniższe linki
http://www.csc.villanova.edu/~mdamian/threads/javamonitors.html#:~:text=Java%20associates%20a%20monitor%20with,the%20monitor%20for%20that%20object
https: //howtodoinjava.com/java/multi-threading/how-to-use-locks-in-java-java-util-concurrent-locks-lock-tutorial-and-example/