线程同步模式的设计思路

news2025/1/11 12:56:08

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同步模式之保护性暂停

何为保护性暂停

保护性暂停是一种同步模式，用于保护共享资源的完整性。在多线程或多进程环境中，如果多个线程或进程同时访问共享资源，可能会导致数据不一致或者竞态条件等问题。为了避免这种情况，可以使用保护性暂停来保护共享资源。

实现方式:

在访问共享资源之前，先获取一个锁，然后再访问共享资源。如果锁已经被其他线程或进程占用，则当前线程或进程会被阻塞，直到锁被释放为止。在访问完共享资源之后，需要释放锁，以便其他线程或进程可以继续访问共享资源。

作用:

保护性暂停可以保证共享资源的完整性，但是也会带来一定的性能开销。因为每个线程或进程在访问共享资源之前都需要获取锁，如果锁的竞争比较激烈，就会导致线程或进程的等待时间增加，从而影响系统的性能。因此，在使用保护性暂停时，需要权衡保证数据完整性和系统性能之间的关系，选择合适的锁机制和并发控制策略。

具体定义:

即 Guarded Suspension(被监视的挂起)，用在一个线程等待另一个线程的执行结果
在这里插入图片描述

要点

有一个结果需要从一个线程传递到另一个线程，让他们关联同一个 GuardedObject
如果有结果不断从一个线程到另一个线程那么可以使用消息队列（见生产者/消费者）
JDK 中，join 的实现、Future 的实现，采用的就是此模式
因为要等待另一方的结果，因此归类到同步模式

代码实现

GuardedObject

@Slf4j
public class GuardedObject {

    private Object response;
    private final Object lock = new Object();
	
	//直到收到返回结果会被唤醒, 死等
    public Object get(){
        synchronized (lock){
            while (response==null){
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return response;
    }

	//接受结果的等待时间为mills, 如果该期间仍然没有接受到返回结果, 则
    public Object get(long mills){
    	// 1) 记录最初时间
        long beginTime = System.currentTimeMillis();
        // 2) 已经经历的时间
        long passTime = 0;
        synchronized (lock){
            while (response==null){
                // 4) 假设 millis 是 1000，结果在 400 时唤醒了，那么还有 600 要等
                long waitTime = mills - passTime;
                if (waitTime <= 0){
                    break;
                }
                try {
                    lock.wait(waitTime);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 3) 如果提前被唤醒，这时已经经历的时间假设为 400
                passTime = System.currentTimeMillis() - beginTime;
                log.debug("timePassed: {}, object is null {}",passTime, response == null);
            }
        return response;
        }
    }

    public void complete(Object response){
        synchronized (lock){
            // 条件满足，通知等待线程
            this.response = response;
            lock.notifyAll();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        GuardedObject guardedObject = new GuardedObject();

        new Thread(()->{
            try {
                List<String> response = Downloader.download();
                log.info("下载完成");
                guardedObject.complete(response);
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }).start();

        log.info("正在下载");

        Object response = guardedObject.get(500);
        if(response!=null){
            log.debug("get response: [{}] lines", ((List<String>) response).size());
        } else {
            log.debug("can't get response");
        }

    }
}

下载案例demo

public class Downloader {
    public static List<String> download() throws IOException {
        HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) new URL("https://www.baidu.com/").openConnection();
        List<String> lines = new ArrayList<>();
        try (BufferedReader reader =
                     new BufferedReader(new InputStreamReader(conn.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                lines.add(line);
            }
        }
        return lines;
    }
}

测试，超时

17:41:21.194 [main] INFO com.jrm.juc.GuardedObject - 正在下载
17:41:21.700 [main] DEBUG com.jrm.juc.GuardedObject - timePassed: 503, object is null true
17:41:21.701 [main] DEBUG com.jrm.juc.GuardedObject - can't get response
17:41:25.560 [Thread-0] INFO com.jrm.juc.GuardedObject - 下载完成

Process finished with exit code 0

在这里插入图片描述