作者：凌杰林

简介

临界资源：同一时间只能由一个进程访问的资源

临界区：访问临界资源的代码段

读者写者问题：存在一个多个进程共享的数据区（临界资源），该数据区可以是一个文件或者一块内存空间，甚至可以是一组寄存器；有些进程reader只读取这个数据区的数据，有些进程writer只往数据区中写数据。此外，还需要满足以下条件：

1.任意数量的读进程可以同时读这个文件。

2.一次只能有一个写进程可以写这个文件。

3.若一个写进程正在写文件，则禁止任何读进程读文件。

4.读者优先：必须等所有读进程读完才可以写。

也即是说，读进程不排斥其它读进程，而写进程排斥其它所有进程，包括读进程和写进程。

分析

类的编写

Semaphore类

利用Java的多线程编程实现，操作系统中的p，v操作。p，v操作的函数添加synchronized关键字，加锁，确保同一时刻只有一个进程可以操作semValue这个临界资源，否则多个进程同时访问该值，会出现错误。

public class Semaphore{private int semValue;//定义信号量public Semaphore(int semValue) {this.semValue = semValue;}public synchronized void p() {semValue--;if (semValue < 0) {try {this.wait();//阻塞该进程} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}public synchronized void v(){semValue++;if (semValue <= 0) {this.notify();//唤醒被阻塞的进程}}
}

Reader类

定义读者类，实现Runnable接口，重写run方法。

class Reader implements Runnable{private Semaphore rmutex,wmutex;My my;static int readcount = 0;public Reader(Semaphore rmutex,Semaphore wmutex,My my){this.rmutex = rmutex;this.wmutex = wmutex;this.my = my;}@Overridepublic void run() {try{Thread.sleep((int)(1000*my.arrive_time));}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}System.out.println("线程" + my.thread + "申请读操作");rmutex.p();if (readcount == 0) wmutex.p();readcount++;rmutex.v();System.out.println("线程" + my.thread + "开始读操作");try{Thread.sleep((int)(1000*my.operate_time));} catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}rmutex.p();readcount--;System.out.println("线程" + my.thread + "结束读操作");if (readcount == 0) wmutex.v();rmutex.v();}
}

细节

实现读者优先，定义readcount变量，初始值为0，用于记录当前读者进程的数量，第一个读者负责上锁，防止写进程申请资源，最有一个读进程负责解锁，唤醒被阻塞的写进程。

Writer类

定义写者类，实现Runnable接口，重写run方法。

class Writer implements Runnable{private Semaphore wmutex;My my;public Writer(Semaphore wmutex,My my){this.wmutex = wmutex;this.my = my;}@Overridepublic void run() {try{Thread.sleep((int)(1000*my.arrive_time));}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}System.out.println("线程" + my.thread + "申请写操作");wmutex.p();System.out.println("线程" + my.thread + "开始写操作");try{Thread.sleep((int)(1000*my.operate_time));}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}wmutex.v();System.out.println("线程" + my.thread + "完成写操作");}
}

其他类

该类定义了一个进程的编号，到达时间，读/写类型，要求服务时间。

class My
{int thread;String type;double arrive_time;double operate_time;My(String s){StringTokenizer st=new StringTokenizer(s);thread = Integer.parseInt(st.nextToken());type = st.nextToken();arrive_time = Double.parseDouble(st.nextToken());operate_time = Double.parseDouble(st.nextToken());}

该类是主类

import java.io.*;
import java.util.*;
public class ReaderWriter
{public static void main(String[] args) {Semaphore wmutex = new Semaphore(1);Semaphore rmutex = new Semaphore(1);int i;String s=null;My m[]=new My[10];try{BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader("Input.txt"));for (i=0;(s=br.readLine())!=null;i++) {m[i]=new My(s);System.out.println("线程"+m[i].thread+"是"+m[i].type+"线程,第"+m[i].arrive_time+"秒申请读写操作,操作持续"+m[i].operate_time+"秒");if (m[i].type.equals("R")){new Thread(new Reader(rmutex,wmutex,m[i])).start();}else {new Thread(new Writer(wmutex,m[i])).start();}}}catch(IOException e){}  }
}

数据格式

1 R 1 5

2 W 3 4

数据存储在同目录下的input.txt文件中。

源代码

public class Semaphore{private int semValue;public Semaphore(int semValue) {this.semValue = semValue;}public synchronized void p() {semValue--;if (semValue < 0) {try {this.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}public synchronized void v(){semValue++;if (semValue <= 0) {this.notify();}}
}//另外一个类
import java.io.*;
import java.util.*;
public class ReaderWriter
{public static void main(String[] args) {Semaphore wmutex = new Semaphore(1);Semaphore rmutex = new Semaphore(1);int i;String s=null;My m[]=new My[10];try{BufferedReader br=new BufferedReader(new FileReader("Input.txt"));for (i=0;(s=br.readLine())!=null;i++) {m[i]=new My(s);System.out.println("线程"+m[i].thread+"是"+m[i].type+"线程,第"+m[i].arrive_time+"秒申请读写操作,操作持续"+m[i].operate_time+"秒");if (m[i].type.equals("R")){new Thread(new Reader(rmutex,wmutex,m[i])).start();}else {new Thread(new Writer(wmutex,m[i])).start();}}}catch(IOException e){}  }
}
class Reader implements Runnable{private Semaphore rmutex,wmutex;My my;static int readcount = 0;public Reader(Semaphore rmutex,Semaphore wmutex,My my){this.rmutex = rmutex;this.wmutex = wmutex;this.my = my;}@Overridepublic void run() {try{Thread.sleep((int)(1000*my.arrive_time));}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}System.out.println("线程" + my.thread + "申请读操作");rmutex.p();if (readcount == 0) wmutex.p();readcount++;rmutex.v();System.out.println("线程" + my.thread + "开始读操作");try{Thread.sleep((int)(1000*my.operate_time));} catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}rmutex.p();readcount--;System.out.println("线程" + my.thread + "结束读操作");if (readcount == 0) wmutex.v();rmutex.v();}
}
class Writer implements Runnable{private Semaphore wmutex;My my;public Writer(Semaphore wmutex,My my){this.wmutex = wmutex;this.my = my;}@Overridepublic void run() {try{Thread.sleep((int)(1000*my.arrive_time));}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}System.out.println("线程" + my.thread + "申请写操作");wmutex.p();System.out.println("线程" + my.thread + "开始写操作");try{Thread.sleep((int)(1000*my.operate_time));}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}wmutex.v();System.out.println("线程" + my.thread + "完成写操作");}
}
class My
{int thread;String type;double arrive_time;double operate_time;My(String s){StringTokenizer st=new StringTokenizer(s);thread = Integer.parseInt(st.nextToken());type = st.nextToken();arrive_time = Double.parseDouble(st.nextToken());operate_time = Double.parseDouble(st.nextToken());}}

小结

读者-写者问题为我们解决互斥问题提供了一种参考思路，核心的思想时，在于设置一个计数器readcount记录当前正在访问共享文件的进程数目，用readcount的值来判断是否为最后一个或者最先一个读者进程，从而实现加锁或者解锁。另外，对readcount的检查和赋值操作要一气呵成，就是“原子性”，这时候，我们就应该想到要用操作系统课中的P，V操作来实现，设置好互斥的相关操作，构造好该信号量的类。

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