读写互斥锁如何工作?

如何解决读写互斥锁如何工作?

| 假设我在没有多读取器/单编写器互斥锁的线程框架中进行编程。我可以通过以下方式实现其功能: 创建两个互斥锁:一个递归(锁定计数)的互斥锁(用于读取器)和一个二进制互斥量的写入器。 写: 获取二进制互斥锁 等到递归互斥锁的锁计数为零 实际写 释放二进制互斥锁 读: 获取二进制互斥锁的锁定(因此我知道编写器未处于活动状态) 递归互斥的增量计数 释放二进制互斥锁 实际阅读 递归互斥的递减计数 这不是功课。我没有接受并发编程方面的正式培训,并且正在尝试解决这些问题。如果有人可以指出缺陷,阐明不变量或提供更好的算法,我将非常高兴。一个很好的参考,无论是在线的还是枯树上的,也将不胜感激。     

解决方法

以下内容直接摘自《多处理器编程的艺术》,这是一本了解这些知识的好书。实际上提供了2种实现:简单版本和公平版本。我将继续复制公平版本。 此实现的要求之一是您具有条件变量原语。我会尝试找出一种删除它的方法,但这可能要花点时间。在那之前,这总比没有好。注意,也可以仅使用锁来实现该原语。
public class FifoReadWriteLock {
    int readAcquires = 0,readReleases = 0;
    boolean writer = false;
    ReentrantLock lock;
    Condition condition = lock.newCondition(); // This is the condition variable.

    void readLock () {
        lock.lock();
        try {
            while(writer)
                condition.await();
            readAcquires++;
        }
        finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    void readUnlock () {
        lock.lock();
        try {
            readReleases++;
            if (readAcquires == readReleases)
                condition.signalAll();
        }
        finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    void writeLock () {
        lock.lock();
        try {
            while (writer)
                condition.await();

            writer = true;

            while (readAcquires != readReleases)
                condition.await();
        }
        finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    void writeUnlock() {
        writer = false;
        condition.signalAll();
    }
}
首先,我对代码进行了一些简化,但是算法保持不变。本书中也恰好有此算法的错误,已在勘误表中更正。如果您打算阅读本书,请将勘误表放在附近,否则您将非常困惑(就像几分钟前我想重新理解算法时一样)。请注意,从好的方面来看,这是一件好事,因为它可以使您保持警惕,并且这是在处理并发时的要求。 接下来,虽然这可能是Java实现,但只能将其用作伪代码。在执行实际实现时,您必须对语言的内存模型保持谨慎,否则肯定会头疼。例如,我认为
readAcquires
readReleases
以及
writer
变量在Java中都必须声明为volatile,否则编译器可以自由地在循环外对其进行优化。这是因为在严格顺序的程序中,没有必要在循环中不断循环的变量永不改变。请注意,我的Java有点生锈,所以我可能是错的。
readReleases
readAcquires
变量的整数溢出还有另一个问题,在算法中将其忽略。 在解释算法之前,请注意最后一点。条件变量使用锁初始化。这意味着当线程调用
condition.await()
时,它将放弃对锁的所有权。一旦被调用ѭ7唤醒,线程将在重新获得锁后恢复。 最后,这是它的工作方式和原因。
readReleases
readAcquires
变量跟踪已获取并释放读锁的线程数。当这些相等时,没有线程具有读取锁定。 “ 3”变量指示线程正在尝试获取写锁或已经拥有该写锁。 该算法的读取锁定部分非常简单。尝试锁定时,它首先检查写者是持有该锁还是试图获取该锁。如果是这样,它将等到编写器完成后,再通过增加
readAcquires
变量来为读取器声明锁定。解锁时,线程会增加
readReleases
变量,如果没有更多读取器,它将通知可能正在等待的所有写入器。 该算法的写锁定部分并没有复杂得多。要锁定,线程必须首先检查是否有其他写程序处于活动状态。如果是这样,则必须等到另一位作者完成后再进行。然后通过将
writer
设置为true来指示它想要锁定(请注意,它尚未持有该锁定)。然后,它会一直等到没有更多读者为止,然后继续。要解锁,只需将变量“ 3”设置为false并通知其他可能正在等待的线程。 该算法是合理的,因为读者无法无限期地阻止作家。一旦写者表明要获取该锁,就不再有读者可以获取该锁。之后,作者只需要等待最后剩下的读者完成,然后再继续。请注意,写者仍然有可能无限期地阻止另一个写者。那是相当罕见的情况,但是可以改进算法以考虑到这一点。 因此,我重新阅读了您的问题,并意识到我部分(严重)用下面介绍的算法回答了该问题。这是我的第二次尝试。 您所描述的算法与我提到的书中介绍的简单版本非常相似。唯一的问题是A)不公平,B)我不确定如何实现
wait until recursive mutex has lock count zero
。对于A),请参见上文,对于B),该书使用单个int来跟踪读者,并使用条件变量进行信号通知。     ,您可能要防止写饥饿,要实现此目的,您可以优先选择写操作或使互斥锁公平。
ReadWriteLock
Java的接口文档说Writer首选项很常见,
ReentrantReadWriteLock
班级文件说 此类不对锁定访问强加读取器或写入器首选项顺序。但是,它确实支持可选的公平性政策。 注意R ..的评论   与其锁定和解锁二进制互斥锁以进行读取,不如   可以在增加计数后只检查二进制互斥状态   递归互斥体,然后等待(旋转/收益/ futex_wait /任何)   锁定直到解锁 推荐阅读: 用POSIX线程编程 Perl的RWLock Java的ReadWriteLock文档。     

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