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簡(jiǎn)要分析Java多進(jìn)程編程的并發(fā)控制

更新時(shí)間：2015年11月05日 17:03:09 作者：dyyaries

這篇文章介紹了簡(jiǎn)要分析Java多進(jìn)程編程的并發(fā)控制,主要針對(duì)內(nèi)存獲取方面,需要的朋友可以參考下

進(jìn)程間的通訊無非就是讀寫文件，socket通訊或者使用共享內(nèi)存。
java沒法管理內(nèi)存，其實(shí)他也是靠創(chuàng)建映像文件來實(shí)現(xiàn)的。
共享內(nèi)存在java中的實(shí)現(xiàn)
在jdk1.4中提供的類MappedByteBuffer為我們實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存提供了較好的方法。該緩沖區(qū)實(shí)際上是一個(gè)磁盤文件的內(nèi)存映像。二者的變化將保持同步，即內(nèi)存數(shù)據(jù)發(fā)生變化會(huì)立刻反映到磁盤文件中，這樣會(huì)有效的保證共享內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)。

將共享內(nèi)存和磁盤文件建立聯(lián)系的是文件通道類：FileChannel。該類的加入是JDK為了統(tǒng)一對(duì)外部設(shè)備（文件、網(wǎng)絡(luò)接口等）的訪問方法，并且加強(qiáng)了多線程對(duì)同一文件進(jìn)行存取的安全性。例如讀寫操作統(tǒng)一成read和write。這里只是用它來建立共享內(nèi)存用，它建立了共享內(nèi)存和磁盤文件之間的一個(gè)通道。

打開一個(gè)文件建立一個(gè)文件通道可以用RandomAccessFile類中的方法getChannel。該方法將直接返回一個(gè)文件通道。該文件通道由于對(duì)應(yīng)的文件設(shè)為隨機(jī)存取文件，一方面可以進(jìn)行讀寫兩種操作，另一方面使用它不會(huì)破壞映像文件的內(nèi)容（如果用FileOutputStream直接打開一個(gè)映像文件會(huì)將該文件的大小置為0，當(dāng)然數(shù)據(jù)會(huì)全部丟失）。這里，如果用 FileOutputStream和FileInputStream則不能理想的實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存的要求，因?yàn)檫@兩個(gè)類同時(shí)實(shí)現(xiàn)自由的讀寫操作要困難得多。

下面的代碼實(shí)現(xiàn)了如上功能，它的作用類似UNIX系統(tǒng)中的mmap函數(shù)。

// 獲得一個(gè)只讀的隨機(jī)存取文件對(duì)象
RandomAccessFile RAFile = new RandomAccessFile(filename,"r");
// 獲得相應(yīng)的文件通道
FileChannel fc = RAFile.getChannel();
// 取得文件的實(shí)際大小，以便映像到共享內(nèi)存
int size = (int)fc.size();
// 獲得共享內(nèi)存緩沖區(qū)，該共享內(nèi)存只讀
MappedByteBuffer mapBuf = fc.map(FileChannel.MAP_RO,0,size);
// 獲得一個(gè)可讀寫的隨機(jī)存取文件對(duì)象
RAFile = new RandomAccessFile(filename,"rw");
// 獲得相應(yīng)的文件通道
fc = RAFile.getChannel();
// 取得文件的實(shí)際大小，以便映像到共享內(nèi)存
size = (int)fc.size();
// 獲得共享內(nèi)存緩沖區(qū)，該共享內(nèi)存可讀寫
mapBuf = fc.map(FileChannel.MAP_RW,0,size);
// 獲取頭部消息：存取權(quán)限
mode = mapBuf.getInt();

如果多個(gè)應(yīng)用映像同一文件名的共享內(nèi)存，則意味著這多個(gè)應(yīng)用共享了同一內(nèi)存數(shù)據(jù)。這些應(yīng)用對(duì)于文件可以具有同等存取權(quán)限，一個(gè)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的刷新會(huì)更新到多個(gè)應(yīng)用中。
為了防止多個(gè)應(yīng)用同時(shí)對(duì)共享內(nèi)存進(jìn)行寫操作，可以在該共享內(nèi)存的頭部信息加入寫操作標(biāo)志。該共享內(nèi)存的頭部基本信息至少有：

int Length； // 共享內(nèi)存的長(zhǎng)度。
int mode; // 該共享內(nèi)存目前的存取模式。

共享內(nèi)存的頭部信息是類的私有信息，在多個(gè)應(yīng)用可以對(duì)同一共享內(nèi)存執(zhí)行寫操作時(shí)，開始執(zhí)行寫操作和結(jié)束寫操作時(shí)，需調(diào)用如下方法：

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

這里提供的類文件mmap.java封裝了共享內(nèi)存的基本接口，讀者可以用該類擴(kuò)展成自己需要的功能全面的類。

如果執(zhí)行寫操作的應(yīng)用異常中止，那么映像文件的共享內(nèi)存將不再能執(zhí)行寫操作。為了在應(yīng)用異常中止后，寫操作禁止標(biāo)志自動(dòng)消除，必須讓運(yùn)行的應(yīng)用獲知退出的應(yīng)用。在多線程應(yīng)用中，可以用同步方法獲得這樣的效果，但是在多進(jìn)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(shí)現(xiàn)：采用文件鎖的方式。寫共享內(nèi)存應(yīng)用在獲得對(duì)一個(gè)共享內(nèi)存寫權(quán)限的時(shí)候，除了判斷頭部信息的寫權(quán)限標(biāo)志外，還要判斷一個(gè)臨時(shí)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(quán)限標(biāo)志為1（上述），也可以啟動(dòng)寫權(quán)限，其實(shí)這已經(jīng)表明寫權(quán)限獲得的應(yīng)用已經(jīng)異常退出，這段代碼如下：

// 打開一個(gè)臨時(shí)的文件，注意同一共享內(nèi)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(dú)占鎖，該方法不產(chǎn)生堵塞，立刻返回
FileLock flock = lockfc.tryLock();
// 如果為空，則表明已經(jīng)有應(yīng)用占有該鎖
if(flock == null) {
...// 不能執(zhí)行寫操作
}else {
...// 可以執(zhí)行寫操作
}

該鎖會(huì)在應(yīng)用異常退出后自動(dòng)釋放，這正是該處所需要的方法。

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