使用 java 的经典有界缓冲区问题的变体上的同步问题

Question

我对经典的有界缓冲区问题做了一个变体。

这是一个很大的不同，我需要了解线程安全的一个小技术障碍（而不是无休止地测试可能永远不会发生的情况）

我认为我不需要解释以下代码示例的评估情况

if(buffer1.BufferNotFull)
{
    buffer1.Lock();
    buffer1.AddValueAtIndex(value, index);
    buffer1.Unlock();
}

基本上，我的 buffer1 有一个简单的条件变量（已更新和全部），它让我知道它是否未满，然后我获取一个锁，施展魔法，然后释放锁。

但是我可以简单地假设评估条件“是 buffernotfull”不能与另一个线程交错，只是在我的缓冲区中的最后一个插槽上写入？

（缓冲区其实是一个值数组，-1代表空，别问为什么^_^）

简而言之：就是评价

if(buffer1.BufferNotFull)

主体代码获取锁的线程安全

编辑

这是我现在用于整个系统的系统。我希望它有助于展示我的设计。考虑到我做这个设计纯粹是为了学习这些基本的同步机制。

访问缓冲区的线程的控制流

读取输入流（无需同步）

尝试：

1. 来自生产者线程的写操作 在缓冲区 1 上请求锁定：
2. 如果锁定被拒绝，继续请求 锁。
3. 如果不满足条件变量， 等等
4. 如果接受锁，执行写入 操作
5. 解锁缓冲区 1 并通知其他 等待线程。
6. 如果输入流为空且缓冲区 1 是死并请求死亡 过滤线程

尝试：

1. 从过滤器读取操作 buffer1 上的线程请求锁定：
2. 如果锁被拒绝，继续请求锁
3. 如果接受锁，则执行读取 操作（将值替换为 -1） 并将值存储在线程中 应用过滤器后。
4. 如果不满足条件变量， 等等。
5. 解锁缓冲区 1 并通知其他 等待线程。
6. 如果缓冲区 1 和缓冲区 2 为空并且 存在死亡请求，死亡。

尝试：

1. 来自过滤器的写操作 buffer2 上的线程请求锁定：
2. 如果锁被拒绝，继续请求锁
3. 如果接受锁，执行写入 操作（与过滤 结果）。
4. 如果不满足条件变量， 等等。
5. 解锁缓冲区2并通知其他 等待线程。
6. 如果缓冲区 1 和缓冲区 2 为空并且 存在死亡请求，发送死亡 请求消费者线程并死掉。

尝试：

1. 对缓冲区 2 的读取操作从 消费者线程
2. 如果锁被拒绝，继续请求锁
3. 如果接受锁，则执行读取 操作（将值替换为 -1） 并直接输出变量 到控制台上。
4. 如果不满足条件变量， 等等。
5. 解锁缓冲区 2 并通知其他 等待线程。
6. 如果缓冲区 2 为空且死亡 请求存在，死亡。

各个线程操作的控制流

获取锁 检查条件变量 如果是，写/读操作 如果NO，等待notfiy 解锁

我将构建和测试实现的最后一部分并进行编辑，以查看接受的答案是否确实给我带来了结果，但这可能需要一些时间

Answer 1

通常，在上述场景中，您必须先获取锁，然后测试条件是否为真：

buffer1.Lock();

try {

    while( !buffer1.BufferNotFull ) {

          buffer1.WaitOnConditionVariable();
    }

    buffer1.AddElement(...);

} finally {

    buffer1.Unlock();
}

操作的任何其他顺序都会带来“检查时间/使用时间”竞争条件的风险：考虑以下场景，当前线程在使用BufferNotFull 检查状态后立即被抢占，但是在抓住锁之前。如果新线程向缓冲区添加新元素，则缓冲区的状态可能再次变为“满”。当原始线程恢复时，它会因此在尝试添加自己的新元素时触发“缓冲区已满”异常（或其他），即使它正确地进行了检查（从它自己的角度来看）。

编辑条件变量将在“等待”操作期间实际进入休眠状态之前释放锁。这是原子完成的，即线程将在锁被释放的“同一时刻”休眠。当变量被其他线程通知时，它会在调用“WaitOnConditionVariable”后重新获取锁，然后再继续执行。

从缓冲区中删除元素的代码可能如下所示：

buffer1.Lock();

try {

    if( !buffer.IsEmpty ) { 

         ... remove element ...
         BufferNotFull = true;
         NotifyConditionVariable();
    }
} finally {
    buffer1.Unlock();
}

或者，让它看起来像 Java：

Object monitor = new Object();
boolean full = false;
boolean empty = true;

添加元素：

synchronized( monitor ) {
    while( full ) {
        monitor.wait();
    }

    ... add element ...
    ... maybe set full ...
    empty = false;
    monitor.notifyAll();
}

移除元素：

synchronized( monitor ) {
    while( empty ) monitor.wait();

    ... remove element ...
    ... maybe set empty ...
    full = false;
    monitor.notifyAll();
}