控制对一个资源的多个复制品的并发访问

任务

实现一个打印队列可以同时在3台打印机上打印。

实现

本节的示例代码在 com.elanzone.books.noteeg.chpt3.sect03 package中

在上一节代码的基础上做以下修改:

• PrintQueue

  • 声明 boolean 类型数组属性 freePrinters
  • 声明一个 Lock 对象属性 lockPrinters，用来控制对数组 freePrinters 的访问
  • 修改构造函数初始化各属性：数组有3个元素，初始值为true; 信号灯的初始值为 3

      private Semaphore semaphore;
  
      public static int FreePrinterCount = 3;
      private boolean freePrinters[];
      private Lock lockPrinters;
  
      public PrintQueue() {
          semaphore = new Semaphore(FreePrinterCount);
          freePrinters = new boolean[FreePrinterCount];
          for (int i = 0; i < FreePrinterCount; i++) {
              freePrinters[i] = true;
          }
          lockPrinters = new ReentrantLock();
      }
  

  • printJob() 方法
    1. 获得信号
    2. 使用 getPrinter 方法获得空闲可用的打印机序号
    3. 睡上一段时间模拟打印操作
    4. 最终释放信号并 freePrinters 数组对应索引的值为 设置为 true 表示该打印机可用

      public void printJob(Object document) {
          try {
              semaphore.acquire();
  
              int assignedPrinter = getPrinter();
  
              long duration = (long) (Math.random() * 10);
              System.out.printf("%s: PrintQueue: Printing a Job in Printer %d during %d seconds\n",
                      Thread.currentThread().getName(), assignedPrinter, duration);
              TimeUnit.SECONDS.sleep(duration);
  
              freePrinters[assignedPrinter] = true;
          } catch (InterruptedException e) {
              e.printStackTrace();
          } finally {
              semaphore.release();
          }
      }
  

  • getPrinter() 方法
    1. 获得 lockPrinters 对象的访问权
    2. 查找第一个标记为可用的打印机
    3. 最终释放对 lockPrinters 的控制

      private int getPrinter() {
          int ret = -1;
  
          try {
              lockPrinters.lock();
  
              for (int i = 0; i < freePrinters.length; i++) {
                  if (freePrinters[i]) {
                      ret = i;
                      freePrinters[i] = false;
                      break;
                  }
              }
          } catch (Exception e) {
              e.printStackTrace();
          } finally {
              lockPrinters.unlock();
          }
  
          return ret;
      }
  

• 其他类无变动

工作原理

本例的关键在 PrintQueue 类中。Semaphore对象的构造函数的参数值为3。 最先调用 acquire() 方法的 3 个线程将获得对本例的临界区的访问，其他的将被阻塞。 当一个线程结束临界区访问并是否信号，另一个线程将获得信号。

在临界区内，线程获取被分配打印任务的打印机的索引。这部分只是为了更逼真，没有用到信号灯。

了解更多

acquire()、acquireUninterruptibly()、tryAcquire()和release()方法有一个整型参数的其他版本。 此参数表示允许线程能获取或释放的权限数，也就是说，线程想删除或添加到此信号灯的内部计数器的单位数。