PV 操作

news2024/9/23 7:28:51

PV 操作是一种实现进程 互斥 与 同步 的有效方法。PV 操作与信号量的处理相关，P 表示 passeren 通过的意思，V 表示 vrijgeven 释放的意思. 包含在 1965 年, 由荷兰人 Dijkstra 提出的信号量机制; (同是银行家算法和最短路径算法的提出者)

术语:

semaphore
mutually-exclusive
synchronization

介绍

信号量 S

当 S >= 0 表示某资源的的可用数；
当 S < 0 表示其绝对值表示阻塞队列中等待改资源的进程数；

P 操作表示申请一个资源
V 操作表示释放一个资源

P 操作: S := S - 1

若 S >= 0, 则执行 P 操作的进程继续执行
若 S < 0, 则将执行该操作的进程置为阻塞状态, 并将其加入到 “阻塞队列”

V 操作: S := S + 1

若 S > 0, V 操作继续
若 S <= 0, 则从阻塞队列唤醒一个进程, 并将其加入到 “就绪队列”

互斥与同步

互斥
同步

使用两个信号量来同步 (协作)

buffer_empty: 空闲量
buffer_full: 存放量
同步与互斥的区别

同步是指两个进程协调来完成一件事情 (whole), 互斥则表示同一时刻只能有一个进程进入临界区 (fragment)

代码

class SemaphoreABA implements FooBar {

    private final int n;
    Semaphore foo = new Semaphore(6);
    Semaphore bar = new Semaphore(0);

    public SemaphoreABA(int n) {

        this.n = n;
    }

    public static void main(String[] args) {

        SemaphoreABA fooBar = new SemaphoreABA(10);
        new Thread(() -> {
            try {
                fooBar.foo(() -> System.out.print("Foo"));
            } catch (InterruptedException ignored) {
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            try {
                fooBar.bar(() -> System.out.print("Bar"));
            } catch (InterruptedException ignored) {
            }
        }).start();
    }

    public void foo(Runnable printFoo) throws InterruptedException {

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            foo.acquire();
            printFoo.run();
            bar.release();
        }
    }

    public void bar(Runnable printBar) throws InterruptedException {

        for (int i = 0; i < n; i++) {
            bar.acquire();
            printBar.run();
            foo.release();
        }
    }

}

class SemaphoreThreadABC implements Foo {

    private final Semaphore s2;
    private final Semaphore s3;

    public SemaphoreThreadABC() {

        s2 = new Semaphore(0);
        s3 = new Semaphore(0);
    }

    public static void main(String[] args) {

        SemaphoreThreadABC foo = new SemaphoreThreadABC();
        new Thread(() -> {
            try {
                foo.second(() -> System.out.println("Two"));
            } catch (InterruptedException ignored) {
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            try {
                foo.first(() -> System.out.println("One"));
            } catch (InterruptedException ignored) {
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            try {
                foo.third(() -> System.out.println("Three"));
            } catch (InterruptedException ignored) {
            }
        }).start();
    }

    public void first(Runnable printFirst) throws InterruptedException {

        printFirst.run();
        s2.release();
    }

    public void second(Runnable printSecond) throws InterruptedException {

        s2.acquire();
        printSecond.run();
        s3.release();
    }

    public void third(Runnable printThird) throws InterruptedException {

        s3.acquire();
        printThird.run();
    }

}

扩展

虚假唤醒 spurious wakeup (aka. 过早唤醒)

用 while 替换 if

if (state % 3 == 0) {
    // spurious wakeup
    System.out.print("A");
    state++;
    obj.await();
}
... // 虚假唤醒后, 继续往下走了

// 改正后
while (state % 3 == 0) {
    // spurious wakeup
    System.out.print("A");
    state++;
    obj.await();
}