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簡要分析Java多進程編程的并發控制

2019-11-26 14:52:43
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供稿:網友

進程間的通訊無非就是讀寫文件,socket通訊或者使用共享內存。
java沒法管理內存,其實他也是靠創建映像文件來實現的。
 共享內存在java中的實現
在jdk1.4中提供的類MappedByteBuffer為我們實現共享內存提供了較好的方法。該緩沖區實際上是一個磁盤文件的內存映像。二者的變化將保持同步,即內存數據發生變化會立刻反映到磁盤文件中,這樣會有效的保證共享內存的實現。

將共享內存和磁盤文件建立聯系的是文件通道類:FileChannel。該類的加入是JDK為了統一對外部設備(文件、網絡接口等)的訪問方法,并且加強了多線程對同一文件進行存取的安全性。例如讀寫操作統一成read和write。這里只是用它來建立共享內存用,它建立了共享內存和磁盤文件之間的一個通道。

打開一個文件建立一個文件通道可以用RandomAccessFile類中的方法getChannel。該方法將直接返回一個文件通道。該文件通道由于對應的文件設為隨機存取文件,一方面可以進行讀寫兩種操作,另一方面使用它不會破壞映像文件的內容(如果用FileOutputStream直接打開一個映像文件會將該文件的大小置為0,當然數據會全部丟失)。這里,如果用 FileOutputStream和FileInputStream則不能理想的實現共享內存的要求,因為這兩個類同時實現自由的讀寫操作要困難得多。

下面的代碼實現了如上功能,它的作用類似UNIX系統中的mmap函數。

// 獲得一個只讀的隨機存取文件對象RandomAccessFile RAFile = new RandomAccessFile(filename,"r");// 獲得相應的文件通道FileChannel fc = RAFile.getChannel();// 取得文件的實際大小,以便映像到共享內存int size = (int)fc.size();// 獲得共享內存緩沖區,該共享內存只讀MappedByteBuffer mapBuf = fc.map(FileChannel.MAP_RO,0,size);// 獲得一個可讀寫的隨機存取文件對象RAFile = new RandomAccessFile(filename,"rw");// 獲得相應的文件通道fc = RAFile.getChannel();// 取得文件的實際大小,以便映像到共享內存size = (int)fc.size();// 獲得共享內存緩沖區,該共享內存可讀寫mapBuf = fc.map(FileChannel.MAP_RW,0,size);// 獲取頭部消息:存取權限mode = mapBuf.getInt();

如果多個應用映像同一文件名的共享內存,則意味著這多個應用共享了同一內存數據。這些應用對于文件可以具有同等存取權限,一個應用對數據的刷新會更新到多個應用中。
為了防止多個應用同時對共享內存進行寫操作,可以在該共享內存的頭部信息加入寫操作標志。該共享內存的頭部基本信息至少有:

int Length; // 共享內存的長度。int mode; // 該共享內存目前的存取模式。

 
共享內存的頭部信息是類的私有信息,在多個應用可以對同一共享內存執行寫操作時,開始執行寫操作和結束寫操作時,需調用如下方法:

public boolean StartWrite(){  if(mode == 0) { // 標志為0,則表示可寫   mode = 1; // 置標志為1,意味著別的應用不可寫該共享內存   mapBuf.flip();    mapBuf.putInt(mode); // 寫如共享內存的頭部信息   return true; } else {  return false; // 指明已經有應用在寫該共享內存,本應用不可寫該共享內存 }}public boolean StopWrite(){ mode = 0; // 釋放寫權限 mapBuf.flip();  mapBuf.putInt(mode); // 寫入共享內存頭部信息 return true;}

這里提供的類文件mmap.java封裝了共享內存的基本接口,讀者可以用該類擴展成自己需要的功能全面的類。
 
如果執行寫操作的應用異常中止,那么映像文件的共享內存將不再能執行寫操作。為了在應用異常中止后,寫操作禁止標志自動消除,必須讓運行的應用獲知退出的應用。在多線程應用中,可以用同步方法獲得這樣的效果,但是在多進程中,同步是不起作用的。方法可以采用的多種技巧,這里只是描述一可能的實現:采用文件鎖的方式。寫共享內存應用在獲得對一個共享內存寫權限的時候,除了判斷頭部信息的寫權限標志外,還要判斷一個臨時的鎖文件是否可以得到,如果可以得到,則即使頭部信息的寫權限標志為1(上述),也可以啟動寫權限,其實這已經表明寫權限獲得的應用已經異常退出,這段代碼如下:

// 打開一個臨時的文件,注意同一共享內存,該文件名要相同,可以在共享文件名后加后綴“.lock”。RandomAccessFile fis = new RandomAccessFile("shm.lock","rw");// 獲得文件通道FileChannel lockfc = fis.getChannel();// 獲得文件的獨占鎖,該方法不產生堵塞,立刻返回FileLock flock = lockfc.tryLock();// 如果為空,則表明已經有應用占有該鎖if(flock == null) {...// 不能執行寫操作}else {...// 可以執行寫操作}

該鎖會在應用異常退出后自動釋放,這正是該處所需要的方法。

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