下面我们来讨论另一个
经典的同步问题
那这就是我们这里说的
读者写者问题
读者写者问题呢
是我们在计算机系统当中
经常碰到的一个经典问题
它存在于数据库等很多
共享资源的访问当中
所谓的读者写者
是指我们对共享数据的访问
有两类使用者
一类是读者
他是只是读取数据不会去修改
另一类是写者
他可能会读和修改
读的时候呢
我是可以多过线程同时读
写呢 那是我不可以同时写了
因为一段数据
你A和B同时往里写
各写一部分
最后写出来结果是谁也没法用的
好 针对这种情况呢
我们需要在各个线程之间进行同步
那我们把这个问题抽象出来呢
就是我们这里的读者写者问题
那这里头我们到底
有些什么样的原则呢
首先第一个 读读允许
也就说在同一时刻
允许多个读者同时进行读操作
第二条是说读写互斥
如果有写者正在写
那这时候你读者去读是没有意义的
因为他可能正写个半截
你读出来东西也不完整
你没有意义
另一种情况呢是
没有读者的时候你才能写
因为如果有读者在读
你这时候就写
那么你写了一半的过程当中
读者读到数据一部分是旧的
一部分是新的
那这时候这个数据呢
拿到一起来也是没法用的
第三个呢 是写写互斥
也就说两个写者
同时往里写数据
这也是不允许的
因为A写一部分
B写一部分
写出来的结果呢它是不可用的
这是我们读者写者问题
所要遵守的三条规则
依据这三条规则
我们来看如何用信号量
实现读者写者问题解决方案
在这里头呢
我们把刚才这些约束
描述成信号量
首先第一个呢 是读写互斥
当然 读写互斥也负责
写者与写者之间的互斥
某种程度上来讲
你可以认为它就是一个临界区
但是临界区和这儿有点不一样
这一块访问的时候
多个读者是可以一起来访问的
作为互斥的话它的初值是1
然后还会再有一个计数
这个计数呢 Rcount
它是用来记录
正在进行读操作的读者的数目
它的初值呢是0
还有一个就是信号量 CountMutex
这个信号量是用来保护读者计数的
也就说如果我一个读者开始读
那么这时候呢它要把这个计数加1
如果说多个读者前后脚进来
那么它们同时对这个
计数进行加1的话
就有可能这个计数会出问题
它们俩之间也需要协调
好 这时候的访问呢应该是互斥的
所以我们就有CountMutex这个信号量
它是用来保护
读写计数的互斥修改
这时候呢任何时刻
只允许一个线程
可以来修改这个计数
所以这个初值呢也是1
有了这三个变量之后
我们来看 我们实现的
读者写者的解决方案是什么样的
在这儿呢我们给出了
读者进程 写者进程
两边要做的核心操作一个是读
一个是写
那我们要进行
互斥保护这事做起来比较简单
两边都加上互斥信号量的
P操作和V操作
这是写者
它可以理解为
完全是一个临界区问题
在读者这头呢
我们如果说跟写者相对应
它也是一个临界区
前面一个P操作后面一个V操作
但是它有一些不同
就在于我如果第一个读者
进来的时候申请P操作
跟写者进行互斥
第二个来的时候
它就不能那么申请了
所以这个申请操作呢
只是对于第一个读者
所以我会在前面呢加一个判断
如果说当前的读者计数是0
第一个读者进来的时候
他需要申请
然后第二的话他就不用了
第二个就相当于
他只需要计数加1
也就说第一个进来的时候
不但申请并且计数加1
初始值计数是0
那他就变成一个
好 第二个来说只加1
等他出来的时候呢也是一样的
计数减一这是每个都要减的
但只是对最后一个离开的读者
他才需要释放这个
读写互斥的这个信号量
好 这样的话以便于后边的
写者可以开始写操作
那这时候说我们刚才读者计数
这个数的修改呢也需要保护
那这时候我再在前面
加上一个计数的信号量 CountMutex
底下这个地方呢也是一样的
有了这些操作之后
我们再来对照说
这是不是能满足
我们前面说的三条原则
仔细核对每一种情况
这时候是满足的
我们在满足前面三条的基础上
我们看我们这个实现办法
还有些什么样的特征
大家看一下如果说
我一直在里头有读者在读
后面的读者是一直能进去的 对吗
如果这个时候
有一个写者申请写 会是什么情况
那它就等着呢
一直等到什么时候呢
等到所有的读者全部离开
如果说有一个读者在里头读
这时候下一个读者又进来了
好 那这时候他先于那个写者的
头一个读者离开
也就说后来的读者一定是会先于
等待的写者进行读操作的
那对于这种情况呢
就是我们这里说的读者优先
读者优先呢
在某些情况下是有意义的
比如说我们在这里头
我读数据更是
我优先级高这是可以的
但是对于通常的数据更新来讲
我们希望读到的数据
都是最新的数据
所以这时候呢我们希望是写者优先
这就是我们这里说到的
读者写者问题的两种优先策略
一个是读者优先
只要有读者正在读
后续的读者就可以直接进入
在这种情况下呢
只要读者是持续不断地进入
写者就处于饥饿
而另一种策略呢是写者优先
只要是有写者就绪
那么写者就应尽快执行写操作
这句话的意思是
后来的读者就必须阻塞
如果说有写者持续不断地写入
那么这时候呢读者会处于饥饿状态
这是两种不同的优先策略
那这时候问
这种如何来实现
还有没有其它的优先策略
那实际上还有
就是我两边公平的
有读者就绪了
那么写者不能往里写
有写者就绪了读者不能往里写
这时候两边工程也是可以的
那这些做法呢如何来实现
就请同学们下去思考了
这是我们用信号量来实现的
读者写者问题
那接下来呢我们用管程
来尝试一下解决读者写者问题
我们说管程是把
你的这些同步操作
封装到一个类里头
这就是我们管程
对于读者写者问题呢
我们对外提供的基本方法有两个
一个是读
如果说在前面已经有写者
我一直等到写者结束我开始读
出来的时候呢
我看是不是有其他的写者
而另一个呢是写操作
看前面有没有读者或者写者
如果没有 他开始写
写完之后看有没有另外的读者
或者写者 把他们唤醒
让他继续进行操作
这时候我在管程里
我维护一些什么内容
我维护这样四个变量
当前正在读的读者
当前正在写的写者
等待读的读者
和等待写的写者
这四个它有一些关系
你比如说正在读和正在写
这两个只会有一个是大于0的
好 那等的呢
可能都会大于0都有可能的
好 然后我们在这儿呢
管程里头设置一个锁
然后我们设置两个条件变量
一个是可以去读
一个是可以去写
我们看详细的方法如何来做
那我们刚才说
对外提供一个开始读一个完成读
这是对于读者这一头的
它内部的实现呢
对于管程我们都会申请
管程的互斥访问
这是一开头 一结尾
在内部呢 它开始读的时候呢
一定是当前正在读的计数要加1
那在什么时候会进行等待呢
判断条件然后把它
排到等的队列里头
等的计数加1
并且排到这个条件变量上
等它出来的时候呢
等待读的计数减1
那关键的问题是
在这里我加什么样的条件
这个条件呢又体现出来
我们到底是对读者优先
对写者优先 还是两边公平
我们在这儿呢设的条件是
如果说正在有写者在写
或者说有写者在申请写
那这时候呢
我就进入等待队列
也就说写者是优先的
只要有写者它都优先于这个读者
好 然后它完成读的时候怎么做呢
申请互斥访问管程 这是一样的
然后计数减1
然后关键的问题是说
我需要唤醒哪一些
那么这个唤醒的条件不同呢
也体现你优先策略不同
我们在这儿设的呢没有读者
那这时候最后一个读者
是不是有写者等着
如果有写者等着
那我就让他释放了
另一头呢是写者这头
我们也是开始写 完成写
这两个需要你实现一个操作
那具体来说呢
申请和释放管程的互斥访问
这个都是一样的
开始写的时候
当前正在写的计数加1
那他最多会是1
好 在这儿之前他会进行等待
等待的时候呢
等待写者计数加1
并且加入到等待队列当中
这是这里的条件变量
好 关键问题也是一样的
那地方的条件
我们在这儿设条件呢是
有正在写的写者
或者说有正在读的读者
我就会等着
也就说如果有等待申请读的读者
我是不等着的
好 这种情况呢
就说明它是写者优先的
而对于释放的这一头也是一样
计数减1
当前正在写的写者计数减1
然后唤醒哪些
这地方我们设条件是
先优唤醒等待写的
如果说你释放的时候
另外有一个等待写的
我优先唤醒它
如果说没有等待写的 else
我才去唤醒读者
等待读的这些读者把它唤醒
所以从这几个角度来讲呢
我们在这个管程里是写者优先的
好 我们从这儿可以看到
基于管程的实现
我们更方便的能够把这种
优先策略呢体现出来
这种优先策略体现
也是比较直接的
所以从这个角度来说呢
管程是简化了
处理同步问题的实现方法
好 今天的课呢就上到这里 下课