Ruby多線程編程初步入門
傳統(tǒng)程序有一個單獨的線程執(zhí)行,包含該程序的語句或指令順序執(zhí)行直到程序終止。
一個多線程的程序有多個線程的執(zhí)行。在每個線程是按順序執(zhí)行的,但是在多核CPU機(jī)器上線程可能并行地執(zhí)行。例如,通常情況下在單一CPU的機(jī)器,多個線程實際上不是并行執(zhí)行的,而是模擬并行交叉的線程的執(zhí)行。
Ruby的可以使用 Thread 類很容易地編寫多線程程序。 Ruby線程是一個輕量級的和高效的在代碼中實現(xiàn)并行性。
創(chuàng)建Ruby線程:
要啟動一個新線程,關(guān)聯(lián)一個塊通過調(diào)用Thread.new。將創(chuàng)建一個新的線程執(zhí)行的代碼塊,原始線程將立即從Thread.new返回并繼續(xù)執(zhí)行下一個語句:
# Thread #1 is running here Thread.new { # Thread #2 runs this code } # Thread #1 runs this code
例如:
這里是一個例子說明,我們?nèi)绾文軌蚶枚嗑€程的Ruby的程序。
#!/usr/bin/ruby def func1 i=0 while i<=2 puts "func1 at: #{Time.now}" sleep(2) i=i+1 end end def func2 j=0 while j<=2 puts "func2 at: #{Time.now}" sleep(1) j=j+1 end end puts "Started At #{Time.now}" t1=Thread.new{func1()} t2=Thread.new{func2()} t1.join t2.join puts "End at #{Time.now}"
這將產(chǎn)生以下結(jié)果:
Started At Wed May 14 08:21:54 -0700 2008 func1 at: Wed May 14 08:21:54 -0700 2008 func2 at: Wed May 14 08:21:54 -0700 2008 func2 at: Wed May 14 08:21:55 -0700 2008 func1 at: Wed May 14 08:21:56 -0700 2008 func2 at: Wed May 14 08:21:56 -0700 2008 func1 at: Wed May 14 08:21:58 -0700 2008 End at Wed May 14 08:22:00 -0700 2008
線程的生命周期:
創(chuàng)建一個新的線程用 Thread.new。也可以使用了同義詞用 Thread.Start 和 Thread.fork。
沒有必要啟動一個線程在它被創(chuàng)建后,它會自動開始運行時,CPU 資源成為可用。
Thread 類定義了一些方法來查詢和處理的線程在運行時。運行一個線程塊中的代碼調(diào)用Thread.new,然后它停止運行。
該塊中的最后一個表達(dá)式的值是線程的值,可以通過調(diào)用 Thread對象值的方法。如果線程運行完成,則該值為線程的返回值。否則,該值方法會阻塞不會返回,直到該線程已完成。
類方法Thread.current返回代表當(dāng)前線程的 Thread對象。這允許線程操縱自己。類方法 Thread.main返回線程對象代表主線程,thread.this初始線程開始執(zhí)行Ruby程序開始時。
可以等待一個特定的線程通過調(diào)用該線程的Thread.Join方法來完成。調(diào)用線程將被阻塞,直到給定線程完成。
線程和異常:
如果在主線程中引發(fā)一個異常,并沒有任何地方處理,Ruby解釋器打印一條消息并退出。在主線程以外的其他線程,未處理的異常導(dǎo)致線程停止運行。
如果線程 t 退出,因為未處理的異常,而另一個線程調(diào)用t.join或t.value,那么所發(fā)生的異常在 t 中提出的線程 s。
如果 Thread.abort_on_exception 為 false,默認(rèn)情況下,出現(xiàn)未處理的異常只是殺死當(dāng)前線程和所有其余的繼續(xù)運行。
如果想在任何線程中的任何未處理的異常導(dǎo)致解釋退出中,設(shè)置類方法Thread.abort_on_exception 為 true。
t = Thread.new { ... } t.abort_on_exception = true
線程變量:
一個線程可以正常訪問是在范圍內(nèi)的任何變量的線程被創(chuàng)建時。一個線程塊的局部變量是線程的局部,而不是共享。
Thread類提供一個特殊的功能,允許通過名稱來創(chuàng)建和存取線程局部變量。只需把線程對象,如果它是一個Hash,寫入元素使用[] =和讀取他們帶回使用[]。
在這個例子中,每個線程記錄計數(shù)變量的當(dāng)前值與該鍵mycount的一個threadlocal變量。
#!/usr/bin/ruby count = 0 arr = [] 10.times do |i| arr[i] = Thread.new { sleep(rand(0)/10.0) Thread.current["mycount"] = count count += 1 } end arr.each {|t| t.join; print t["mycount"], ", " } puts "count = #{count}"
這將產(chǎn)生下面的結(jié)果:
8, 0, 3, 7, 2, 1, 6, 5, 4, 9, count = 10
主線程等待子線程完成,然后打印出每個捕獲count的值。
線程優(yōu)先級:
影響線程調(diào)度的第一因素,是線程的優(yōu)先級:高優(yōu)先級線程之前計劃的低優(yōu)先級的線程。更確切地說,一個線程將只獲得CPU時間,如果沒有更高優(yōu)先級的線程等待運行。
可以設(shè)置和查詢一個Ruby線程對象的優(yōu)先級=和優(yōu)先級的優(yōu)先級。新創(chuàng)建的線程開始在相同的優(yōu)先級的線程創(chuàng)建它。啟動主線程優(yōu)先級為0。
沒有任何方法設(shè)置線程優(yōu)先級在開始運行前。然而,一個線程可以提高或降低自己的優(yōu)先級的第一次操作。
線程排斥:
如果兩個線程共享訪問相同的數(shù)據(jù),至少有一個線程修改數(shù)據(jù),你必須要特別小心,以確保任何線程都不能看到數(shù)據(jù)處于不一致的狀態(tài)。這稱為線程排除。
Mutex類是一些共享資源的互斥訪問,實現(xiàn)了一個簡單的信號鎖定。即,只有一個線程可持有的鎖在給定時間。其他線程可能選擇排隊等候的鎖變得可用,或者可以簡單地選擇立即得到錯誤,表示鎖定不可用。
通過將所有訪問共享數(shù)據(jù)的互斥體的控制下,我們確保一致性和原子操作。我們的嘗試?yán)?,第一個無需mutax,第二個使用mutax:
無需Mutax的例子:
#!/usr/bin/ruby require 'thread' count1 = count2 = 0 difference = 0 counter = Thread.new do loop do count1 += 1 count2 += 1 end end spy = Thread.new do loop do difference += (count1 - count2).abs end end sleep 1 puts "count1 : #{count1}" puts "count2 : #{count2}" puts "difference : #{difference}"
這將產(chǎn)生以下結(jié)果:
count1 : 1583766 count2 : 1583766 difference : 637992 #!/usr/bin/ruby require 'thread' mutex = Mutex.new count1 = count2 = 0 difference = 0 counter = Thread.new do loop do mutex.synchronize do count1 += 1 count2 += 1 end end end spy = Thread.new do loop do mutex.synchronize do difference += (count1 - count2).abs end end end sleep 1 mutex.lock puts "count1 : #{count1}" puts "count2 : #{count2}" puts "difference : #{difference}"
這將產(chǎn)生以下結(jié)果:
count1 : 696591 count2 : 696591 difference : 0
處理死鎖:
當(dāng)我們開始使用互斥對象的線程排除,我們必須小心地避免死鎖。死鎖的情況發(fā)生時,所有線程正在等待獲取另一個線程持有的資源。因為所有的線程被阻塞,他們不能釋放其所持有的鎖。因為他們可以不釋放鎖,其它線程不能獲得這些鎖。
一個條件變量僅僅是一個信號,與資源相關(guān)聯(lián),并用于特定互斥鎖的保護(hù)范圍內(nèi)的。當(dāng)需要一個資源不可用,等待一個條件變量。這一行動釋放相應(yīng)的互斥鎖。當(dāng)一些其他線程發(fā)送信號的資源是可用的,原來的線程來等待,并同時恢復(fù)上的鎖臨界區(qū)。
例子:
#!/usr/bin/ruby require 'thread' mutex = Mutex.new cv = ConditionVariable.new a = Thread.new { mutex.synchronize { puts "A: I have critical section, but will wait for cv" cv.wait(mutex) puts "A: I have critical section again! I rule!" } } puts "(Later, back at the ranch...)" b = Thread.new { mutex.synchronize { puts "B: Now I am critical, but am done with cv" cv.signal puts "B: I am still critical, finishing up" } } a.join b.join
這將產(chǎn)生以下結(jié)果:
A: I have critical section, but will wait for cv (Later, back at the ranch...) B: Now I am critical, but am done with cv B: I am still critical, finishing up A: I have critical section again! I rule!
線程狀態(tài):
有五種可能的返回值對應(yīng)于下表中所示的5個可能的狀態(tài)。該的狀態(tài)方法返回的線程狀態(tài)。
Thread類的方法:
Thread類提供以下方法,它們適用程序的所有線程。這些方法它們使用Thread類的名稱來調(diào)用,如下所示:
Thread.abort_on_exception = true
這里是所有類方法的完整列表:
線程實例方法:
這些方法是適用于一個線程的一個實例。這些方法將被調(diào)用,使用一個線程的一個實例如下:
#!/usr/bin/ruby thr = Thread.new do # Calling a class method new puts "In second thread" raise "Raise exception" end thr.join # Calling an instance method join
這里是所有實例方法的完整列表:
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