如何使编写方法线程安全？

Question

我有多个线程来调用一个方法来将内容从对象写入文件，如下所示： 当我使用 1 个线程来测试此方法时，预计会输出到我的文件中。但是，对于多个线程，文件的输出是混乱的。如何使这个线程安全？

void (Document doc, BufferedWriter writer){
       Map<Sentence, Set<Matrix>> matrix = doc.getMatrix();
       for(Sentence sentence : matrix.keySet()){
           Set<Matrix> set = doc.getMatrix(sentence);
           for(Matrix matrix : set){
               List<Result> results = ResultGenerator.getResult();
               writer.write(matrix, matrix.frequency());
               writer.write(results.toString());
               writer.write("\n");
           }
       }
}

编辑：

我添加了这一行List<Result> results = ResultGenerator.getResult()。我真正想要的是使用多个线程来处理这个方法调用，因为这部分很昂贵并且需要很多时间。写作部分很快，我真的不需要多线程。

鉴于这种变化，有没有办法让这个方法调用在并发环境中安全？

Answer 1

本质上，您最终会受到单个文件的限制。没有全局变量，也没有发布任何内容，因此该方法是线程安全的。

但是，如果处理确实需要很多时间，您可以使用并行流并将结果发布到 concurrenthashmap 或阻塞队列。但是，您仍然有一个消费者可以写入文件。

Answer 2

我不太精通 Java，所以我将提供一个与语言无关的答案。

您要做的是将矩阵转换为结果，然后将它们格式化为字符串，最后将它们全部写入流中。

目前，您会在处理每个结果后立即写入流，因此当您向逻辑添加多线程时，您最终会在流中遇到竞争条件。

您已经发现只有对 ResultGenerator.getResult() 的调用应该并行完成，而流仍然需要按顺序访问。

现在您只需将其付诸实践。按顺序做：

• 建立一个列表，其中每个项目都是生成结果所需的内容
• 并行处理此列表，从而生成所有结果（这是map 操作）。您的项目列表将成为结果列表。
• 现在您已经有了结果，因此您可以按顺序迭代它们以格式化并将它们写入流中。

我怀疑 Java 8 提供了一些工具来以功能方式制作一切，但正如我所说的，我不是 Java 人，所以我不能提供代码示例。我希望这个解释就足够了。

@编辑

这个 F# 中的示例代码解释了我的意思。

open System

// This is a pretty long and nasty operation!
let getResult doc =
    Threading.Thread.Sleep(1000)
    doc * 10

// This is writing into stdout, but it could be a stream...
let formatAndPrint =
    printfn "Got result: %O"

[<EntryPoint>]
let main argv =
    printfn "Starting..."

    [| 1 .. 10 |] // A list with some docs to be processed
    |> Array.Parallel.map getResult // Now that's doing the trick
    |> Array.iter formatAndPrint

    0

Answer 3

如果您需要按预定顺序排列的最终文件，请不要使用多线程，否则您将无法获得预期的结果。

如果您认为使用多线程您的程序在 I/O 输出方面执行得更快，那么您可能错了；由于同步导致的锁定或开销，您实际上会比单线程性能下降。

如果您尝试编写一个非常大的文件，Document 实例的顺序无关紧要，并且您认为您的 writer 方法会遇到 CPU 瓶颈（但我可以从我们的代码中找出的唯一可能原因是frequency() 方法调用），您可以做的是让每个线程拥有自己的 BufferedWriter 写入临时文件，然后添加一个等待所有线程的附加线程，然后使用连接生成最终文件。

Answer 4

如果您的代码使用不同的 doc 和 writer 对象，那么您的方法已经是线程安全的，因为它不访问和使用实例变量。

如果您正在编写将相同的 writer 对象传递给该方法，则可以使用以下方法之一，具体取决于您的需要：

void (Document doc, BufferedWriter writer){
       Map<Sentence, Set<Matrix>> matrix = doc.getMatrix();
       for(Sentence sentence : matrix.keySet()){
           Set<Matrix> set = doc.getMatrix(sentence);
           for(Matrix matrix : set){
               List<Result> results = ResultGenerator.getResult();

               // ensure that no other thread interferes while the following
               // three .write() statements are executed.
               synchronized(writer) {
                   writer.write(matrix, matrix.frequency()); // from your example, but I doubt it compiles
                   writer.write(results.toString());
                   writer.write("\n");
               }
           }
       }
}

或使用临时 StringBuilder 对象无锁：

void (Document doc, BufferedWriter writer){
       Map<Sentence, Set<Matrix>> matrix = doc.getMatrix();
       StringBuilder sb = new StringBuilder();
       for(Sentence sentence : matrix.keySet()){
           Set<Matrix> set = doc.getMatrix(sentence);
           for(Matrix matrix : set){
               List<Result> results = ResultGenerator.getResult();
               sb.append(matrix).append(matrix.frequency());
               sb.append(results.toString());
               sb.append("n");
           }
       }
       // write everything at once
       writer.write(sb.toString();
}

Answer 5

我会让它同步。在这种情况下，您的应用程序中只允许一个线程同时调用此方法 => 没有混乱的输出。如果您有多个应用程序正在运行，您应该考虑文件锁定之类的东西。

同步方法示例：

public synchronized void myMethod() {
    // ...
}

这个方法是每个线程独有的。

Answer 6

您可以锁定一个方法，然后在完成后将其解锁。通过将同步放在方法之前，您可以确保一次只有一个线程可以执行它。同步会降低 Java 的速度，因此只应在必要时使用。

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

 /* synchronized */ 
public void run(){

    lock.lock();

    System.out.print("Hello!");

    lock.unlock();

 }

这就像同步一样锁定方法。您可以使用它来代替同步，这就是同步在上面注释掉的原因。