Синхронизация

Попробуйте на секунду представить себе многочисленные потоки управления в параллельной системе. Когда поток проходит через некоторую операцию, мы говорим, что эта операция является точкой выполнения. Если операция определена в некотором классе, то можно сказать, что точкой выполнения является конкретный экземпляр этого класса. В одной операции (и, стало быть, в одном объекте) могут одновременно находиться несколько потоков управления, а бывает и так, что разные потоки находятся в разных операциях, но все же в одном объекте.

Проблема возникает тогда, когда в одном объекте находится сразу несколько потоков управления. Если не проявить осторожность, то потоки могут мешать друг другу, что приведет к некорректному изменению состояния объекта. Это классическая проблема взаимного исключения. Ошибки при обработке этой ситуации могут стать причиной различных видов конкуренции между потоками (Race conditions) и их взаимной интерференции, что проявляется в таинственных и не поддающихся воспроизведению сбоях параллельной системы.

Ключом к решению этой проблемы в объектно-ориентированных системах является трактовка объекта как критической области. У этого подхода есть три разновидности, суть каждой из которых заключается в присоединении к операциям, определенным в классе, некоторых сихронизирующих свойств. UML позволяет моделировать все три возможности:

sequential (последовательная) - вызывающие стороны должны координировать свои действия еще до входа в вызываемый объект, так что в любой момент времени внутри объекта находится ровно один поток управления. При наличии нескольких потоков управления не могут гарантироваться семантика и целостность объекта;

guarded (охраняемая) - семантика и целостность объекта гарантируются при наличии нескольких потоков управления путем упорядочения вызовов всех охраняемых операций объекта. По существу, в каждый момент времени может выполняться ровно одна операция над объектом, что сводит такой подход к последовательному;

concurrent (параллельная) - семантика и целостность объекта при наличии нескольких потоков управления гарантируются тем, что операция рассматривается как атомарная.

Некоторые языки программирования поддерживают перечисленные конструкции непосредственно. Так в языке Java есть свойство synchronized, эквивалентное свойству concurrent в UML. В любом языке, поддерживающем параллельность, все три подхода можно реализовать с помощью семафоров (Semaphores).

На рис. 22.3 показано, как эти свойства присоединяются к операции, - это достигается применением нотации, принятой в UML для ограничений (см. главу 6).

Рис. 22.3 Синхронизация

Примечание: С помощью ограничений можно моделировать различные вариации примитивов синхронизации. Например, можно модифицировать свойство concur rent, разрешив наличие нескольких читателей, но только одного писателя.

Содержание раздела

Главная сайта