leetcode1116 多信号量嵌套控制下的DCL检查

　　先吐槽一下网上对原子性的解释，总是说原子性是不可分割的。

　　那只是在单核心下的语义，单核心下不可分割的操作意味着执行过程中不会有其它线程执行，从而导致变量污染，也就是原子性操作涉及的共享变量是安全的。

　　所以多线程下原子性的语义也应该是：原子性操作涉及的共享变量是安全的，不会有其它线程修改。

　　也就是说保证原子性，是保证“某段代码”以及“对所有这段代码中牵扯到的共享变量的操作”是线程排他的。

　　在单线程环境下存在数据依赖或者控制依赖的一段指令，多线程下我们必须保证其原子性。原因很简单，如果它们不是原子的，在它们执行的间隙，其它线程改变共享变量的值会导致变量污染。

　　但当外部控制是信号量而不是锁时，无法保证内部逻辑的原子性。所以我们进行完一系列控制后，在真正执行任务前需要返回来判断外部控制是否还是有效的，并在内部控制保证任务的原子性，这便是DCL的思路。

　　题目如上，题目不难，是一个通过信号量通信的典型例子。

　　题目中几个点比较具有代表意义：

　　1. 对于共享变量 n 的累减与 current 的累加是一个典型的基于共享变量当前值计算下一步值的操作，通常情况下是一个读操作与一个写操作的组合。因为这两个操作在单线程环境下存在数据依赖，所以在多线程情况下我们应该保证其原子性，防止在单线程的两个操作之间，其它线程修改了共享变量的值造成变量污染。

　　但是在本题中，每个线程需要自己的信号量放行后才可以执行共享变量 n 的累减与 current 的累加操作，且同一时间只有一个信号量是 true ，所以我们在保证线程对信号量的访问正确性的情况下，信号量等于是共享变量 n 的累减与 current 的累加的锁，同一时间只有一个线程可以执行，天然的保证了其原子性。

　　2. n 与三个信号量共同构成了线程执行任务的条件。

　　当我们遇到类似的结构时：

　　while( 条件1 ){

　　　　while( 条件2 ){

　　　　　　执行任务；

　　　　}

　　任务的执行需要多个共享变量放行，我们需要尤其注意。

　　在满足了外层条件并等待在内层条件满足的时间段中，外层条件很可能被其它线程改变。因此在满足内层条件后我们一定要对外层条件再进行一次检查。除非内层条件的等待与外层条件的修改是互斥的，但代价非常大。因为我们要互斥的，不是条件1 的写操作与条件2 的读操作，而是条件1 的写操作与等待条件2直到其为真。

　　比如：

int lock1=10;
int lock2=0;
private synchronized void setLock1(int i){
    lock1=i;  
}
while(lock1!=0){
    synchronized(this){
        while(lock2==0){
            等待；
        }
        开启lock3；
    }
}

　　使 lock1 的写操作与等待在 lock2 上的所有操作共用一把锁。逻辑上很合理，一个线程基于 lock1==1 做事，那么我做完之前，谁都不允许去修改 lock1 。

　　如果说，所有线程都只使用这两把锁，这样做没有什么问题。但如果 lock2 控制的任务牵扯到与其它线程的协作的话，情况就复杂了起来。

　　比如此时还有一个线程：

while(lock1!=0){
    synchronized(this){
        while(lock3==0){
            等待；
        }
        开启 lock2；
    }
}

　　需要锁的顺序为: lock1-->lock3-->unlock2 ，而上一个线程的任务需要锁的顺序为：lock1-->lock2-->unlock3。

　　lock3开启lock2关闭的情况下，第一个线程先获取lock1，则整个程序便死锁了，因此我们需要更细粒度的互斥关系。

　　lock1 不应该是锁，而应该是信号量，它代表的是线程可用资源而不是保证线程互斥，那么多个线程可以进入 lock1 控制的区域。但是这样依然不够，lock3-->unlock2 与

lock2-->unlock3 存在循环依赖，依然会造成死锁。所以我们必须让进入 lock2 与进入 lock3 也是互斥的。

　　而在 lock1 控制的区域内部，执行 lock2 加锁区域与执行 lock3 加锁区域是互斥的，而且只有在这两个区域内可以进行 lock1 的修改操作，那么不管进入 lock2 还是进入 lock3，再进行 lock1 的取值，其结果都将是线程安全的。

class ZeroEvenOdd {
　　 //待打印数据个数
    private volatile int n;
　　 //打印 0 的信号量
    private volatile boolean isZero=true;
　　 //打印 偶数 的信号量
    private volatile boolean isEven=false;
　　 //打印 奇数 的信号量
    private volatile boolean isOdd=false;
　　 //当前打印到的数
    private volatile int current=0;

    public ZeroEvenOdd(int n) {
        this.n = n;
    }

    // printNumber.accept(x) outputs "x", where x is an integer.
    public final void zero(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while(n!=0){
            while(!isZero){
                if(n==0){
                    return;
                }
                Thread.yield();
            }
            if(n==0){
                break;
            }
            printNumber.accept(0);
            isZero=false;
            if((current&1)==0){
                isOdd=true;
            }else{
                isEven=true;
            }
        }
    }

    public final void even(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while(n!=0){
            while(!isEven){
                if(n==0){
                    return;
                }
                Thread.yield();
            }
            current=current+1;
            printNumber.accept(current);
            n--;
            isEven=false;
            isZero=true;
        }
    }

    public final void odd(IntConsumer printNumber) throws InterruptedException {
        while(n!=0){
            while(!isOdd){
                if(n==0){
                    return;
                }
                Thread.yield();
            }
            current=current+1;
            printNumber.accept(current);
            n--;
            isOdd=false;
            isZero=true;
        }
    }
}

leetcode1116 多信号量嵌套控制下的DCL检查

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