自制Java中的Mutex類

同步問題中，一個很重要的問題是同步的域，什么是同步的域呢？簡單以 synchronized 這個關鍵字來說，就是它所同步的范圍。並發編程中很多時候出現的問題沒有選好同步范圍所導致的。但現有的同步關鍵字synchronized所能體現出來的對域的控制，估計用過的的人都應該感覺到並不是很理想。這個時候是不是很懷念Windows下所提供的Mutex操作，通過申請和釋放的函數的位置控制同步的域，用起來要方便一些。

現在為了方便我們自己也可以做一個類似Windows的Mutex的類來方便我們對域的控制，下面看這個類的制作過程。

和制作上一個類一樣，我們先來說一下希望這個類完成的功能：

1.調用getMutexFlag()，僅能是並發的線程中的一個繼續執行，其余的阻塞。

2.調用freeMutexFlag()，執行的線程離開同步塊（臨界區），並能從阻塞線程中釋放一個線程從getMutexFlag()中返回。

3.getMutexFlag()、freeMutexFlag()，都必須是原子操作。

上面這三個條件其實就是對Windows下Mutex的要求。

一開始我們也許會寫出這樣的代碼：

package com.choi;

public class MutexFlag {

    protected Thread currentThread = null;

    public synchronized void getMutexFalg() {
        if (currentThread == null) {
            currentThread = Thread.currentThread();
        }
        while (currentThread != Thread.currentThread()) {
            try {
                wait();
                if (currentThread == null) {
                    currentThread = Thread.currentThread();
                }
            } catch (Exception e) {
            }
        }
    }
    
    public synchronized void freeMutexFlag(){
        if(currentThread!=null){
            currentThread = null;
            try {
                notify();
            } catch (Exception e) {
            }
        }
    }
}

這段代碼看起來是沒有問題的，其實這段代碼運行起來確實是沒有問題的，但我們能把它提供給我們的項目組用嗎？答案是不能的，我們來考慮一種情況：

項目組有三個程序員A,B,C。 A用這個類寫了一個函數funA(get到Mutex未釋放)，B用這個類寫了一個函數funB(get到Mutex未釋放),C調用了funA，funB，用在一個線程中了。則這個線程運行到funA時得到了Mutex，運行到funB時再去申請Mutex能申請到嗎？通過分析代碼執行，肯定是NO。並申請不到，因為第一個還沒有釋放。Java里面如果是兩個synchronized嵌套，則沒有問題，第一個得到鎖后，第二個如申請的是同一個鎖，就會自動判斷為已申請到。

我們可以用一個變量來是我們的MutexFlag實現synchronized的嵌套解決方案：

package com.choi;

public class MutexFlag {

    protected Thread currentThread = null;
    protected int count = 0;

    public synchronized void getMutexFalg() {
        while (tryGetMutexFlag() == false) {
            try {
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public synchronized boolean tryGetMutexFlag() {
        if (currentThread == null) {
            currentThread = Thread.currentThread();
            count = 1;
            return true;
        }
        if (currentThread == Thread.currentThread()) {
            count++;
            return true;
        }
        return false;
    }

    public synchronized void freeMutexFlag() {
        if (currentThread == Thread.currentThread()) {
            count--;
        }
        if (count == 0) {
            currentThread = null;
            notify();
        }
    }
}

為了編寫方便我把判斷獲取MutexFlag的代碼寫到了同步的tryGetMutexFlag中了，沒申請成功一次就對count做加一操作，每一free都對count做減一操作，那么當count從新等於零的時候我們就去釋放一個線程獲取MutexFlag。

哦，有人說如果沒有調用get就調用free會有問題，這里說明一下沒有問題的，因為如果沒有get，currentThread是等於null的，所以count==0，然后就會調用notify，其實沒有問題啦，測試發現，notify不會拋出人異常，相當於空操作。

歡迎到我的GitHub主頁獲取代碼：https://github.com/choitony/Java-MutexFlag-Class/tree/master