Программирование на языке Ruby - [168]

   @bows_free -= 1
   puts "#{n} владеет смычком"
   puts "скрипок #@violins_free, смычков #@bows_free"
  end

  sleep rand(0)
  puts "#{n}: (...играет...)"
  sleep rand(0)
  puts "#{n}: Я закончил."

  @music.synchronize do
   @violins_free += 1
   @violin.signal if @violins_free == 1
   @bows_free += 1
   @bow.signal if @bows_free == 1
  end
 end
end

threads = []
3.times {|i| threads << Thread.new { musician(i) } }

threads.each {|t| t.join }

Мы полагаем, что это решение никогда не приводит к тупиковой ситуации, хотя доказать этого не сумели. Но интересно отметить, что описанный алгоритм не справедливый. В наших тестах оказалось, что первый скрипач играет чаще двух остальных, а второй чаще третьего. Выяснение причин такого поведения и его исправление мы оставляем читателю в качестве интересного упражнения.

13.2.5. Другие способы синхронизации

Еще один механизм синхронизации - это монитор, который в Ruby реализован в библиотеке monitor.rb. Это более развитый по сравнению с мьютексом механизм, основное отличие состоит в том, что захваты одного и того же мьютекса не могут быть вложенными, а монитора — могут.

Тривиальный случай возникновения такой ситуации вряд ли возможен. В самом деле, кто станет писать такой код:

@mutex = Mutex.new

@mutex.synchronize do
 @mutex.synchronize do
  #...
 end
end

Но нечто подобное может произойти в сложной программе (или при рекурсивном вызове метода). Какова бы ни была причина, последствием будет тупиковая ситуация. Уход от нее — одно из достоинств модуля-примеси Monitor.

@mutex = Mutex.new

def some_method
 @mutex.synchronize do
  #...
  some_other_method # Тупиковая ситуация!
 end
end

def some_other_method
 @mutex.synchronize do
  #...
 end
end

Модуль-примесь Monitor обычно применяется для расширения объекта. Для создания условной переменной предназначен метод new_cond.

Класс ConditionVariable в библиотеке monitor.rb дополнен по сравнению с определением в библиотеке thread. У него есть методы wait_until и wait_while, которые блокируют поток в ожидании выполнения условия. Кроме того, возможен тайм-аут при ожидании, поскольку у метода wait имеется параметр timeout, равный количеству секунд (по умолчанию nil).

Поскольку примеры работы с потоками у нас кончаются, то в листинге 13.5 мы предлагаем реализацию классов Queue и SizedQueue с помощью монитора. Код приводится с разрешения автора, Шуго Маэда (Shugo Maeda).

Листинг 13.5. Реализация класса Queue с помощью монитора

# Автор: Shugo Maeda

require 'monitor'

class Queue
 def initialize
  @que = []
  @monitor = Monitor.new
  @empty_cond = @monitor.new_cond
 end

 def enq(obj)
  @monitor.synchronize do
   @que.push(obj)
   @empty_cond.signal
  end
 end

 def deq
  @monitor.synchronize do
   while @que.empty?
    @empty_cond.wait
   end
   return @que.shift
  end
 end
end

class SizedQueue < Queue
 attr :max

 def initialize(max)
  super()
  @max = max
  @full_cond = @monitor.new_cond
 end

 def enq(obj)
  @monitor.synchronize do
   while @que.length >= @max
    @full_cond.wait
   end
   super(obj)
  end
 end

 def deq
  @monitor.synchronize do
   obj = super
   if @que.length < @max
    @full_cond.signal
   end
   return obj
  end
 end

 def max=(max)
  @monitor.synchronize do
   @max = max
   @full_cond.broadcast
  end
 end
end

Еще один вариант синхронизации (двузначную блокировку со счетчиком) предлагает библиотека sync.rb. В ней определен модуль Sync_m, который можно применять вместе с ключевыми словами include и extend (как и Mutex_m). Этот модуль содержит методы locked?, shared?, exclusive?, lock, unlock и try_lock.

13.2.6. Тайм-аут при выполнении операций

Часто встречается ситуация, когда на выполнение операции отводится определенное максимальное время. Это позволяет избежать бесконечных циклов и более строго контролировать порядок работы. Подобная возможность очень полезна, в частности, в сетевых приложениях, где ответ от сервера может и не прийти.

Библиотека timeout.rb предлагает решение этой проблемы на основе потоков (см. листинг 13.6). С методом timeout ассоциирован выполняемый блок. Если истечет заданное число секунд, метод возбуждает исключение TimeoutError, которое можно перехватить с помощью rescue.

Листинг 13.6. Пример тайм-аута

require 'timeout.rb'

flag = false
answer = nil

begin
 timeout(5) do
  puts "Хочу печенье!"
  answer = gets.chomp
  flag = true
 end
 rescue TimeoutError
 flag = false
end

if flag
 if answer == "cookie"
  puts "Спасибо! Хрум, хрум..."
 else
  puts "Это же не печенье!"
  exit
 end
else
 puts "Эй, слишком медленно!"
 exit
end

puts "До встречи..."

13.2.7. Ожидание события

Часто один или несколько потоков следят за «внешним миром», а остальные выполняют полезную работу. Все примеры в этом разделе надуманные, но общий принцип они все же иллюстрируют.

В следующем примере прикладную задачу решают три потока. Четвертый поток каждые пять секунд просыпается, проверяет глобальную переменную $flag и, когда видит, что флаг поднят, пробуждает еще два потока. Это освобождает три рабочих потока от необходимости напрямую общаться с двумя другими и, возможно, от многочисленных попыток разбудить их.

$flag = false
work1 = Thread.new { job1() }
work2 = Thread.new { job2() }