Clojure中针对多个读者/单个写者的线程同步

Question

我有一些非线程安全的代码（用于写入共享数据），只能以串行方式从多个线程调用，但当不调用此代码时，我不想阻塞任何其他线程安全工作（多个读者）。

这实质上是一种多读单写类型的锁定情况，其中作者需要排除读者和其他作者。

即我有两个函数：

(defn reader-function [] ....) // only reads from shared data

(defn writer-function [] ....) // writes to shared data

有一些正在运行的线程（可能在循环中），执行以下操作：

(do 
  (reader-function)
  ...
  (writer-function))

如果任何一个线程正在执行写入函数，那么所有其他线程都必须阻塞。也就是说，在任何时候：

• 一个线程正在执行写入，而所有其他线程都处于阻塞状态
• 多个线程正在执行读取函数，可能有一些线程正在等待执行写入函数，直到所有读取操作完成后再执行

在Clojure中实现这种同步的最佳方法是什么？

- mikera

Answer 1

将数据放入一个ref中。该数据应为Clojure数据结构（而不是Java类）。使用dosync在读写周围创建事务。

例如，由于您将编写器拆分为单独的函数，因此该函数必须使用类似alter的东西修改ref。这样做需要一个事务（dosync）。您可以依赖编写器仅在dosync中调用，但也可以在写入操作中放置dosync并依赖于嵌套事务执行您想要的操作-这使编写器安全地在事务内外调用。

(defn reader [shared] 
  (println "I see" @shared))

(defn writer [shared item]
  (dosync 
    (println "Writing to shared")
    (alter shared conj item)))

;; combine the read and the write in a transaction
(defn combine [shared item]
  (dosync 
    (reader shared)
    (writer shared item)))

;; run a loop that adds n thread-specific items to the ref
(defn test-loop [shared n]
  (doseq [i (range n)]
    (combine shared (str (System/identityHashCode (Thread/currentThread)) "-" i))
    (Thread/sleep 50)))

;; run t threads adding n items in parallel
(defn test-threaded [t n]
  (let [shared (ref [])]
    (doseq [_ (range t)]
      (future (test-loop shared n)))))

使用类似于(test-threaded 3 10)的方式运行测试。

更多信息请参见：http://clojure.org/refs

虽然您没有提及这种情况，但重要的是要注意任何人都可以随时通过解引用共享 ref 来读取它。这并不会阻塞并发写入者。

- Alex Miller

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@mikera，写入是外部进程的副作用吗？如果是这种情况，我认为refs不能在这里发挥作用，因为它仅用于同一进程共享状态。我只知道使用代理来使用部分解决方案。 - bmillare

嗨Alex，感谢你的回答！作为一种100％的Clojure方法看起来很棒，但问题在于作者正在执行具有副作用的代码（实际上在Java库中），我无法直接控制。因此，它与Clojure事务不兼容，我需要以某种方式反映库的锁定要求... - mikera

Answer 2

看一下java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock。这个类允许您拥有多个读取器，它们不会同时争用一个写入器。

- Ralph

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RRWL可以做到这一点，但您不应该在Clojure中使用它们来解决此问题。 如果您使用RRWL来保护数据，则无法利用Clojure的不可变数据结构、引用或STM。 Clojure数据结构的引用已经允许多个读取器。 由于它们是不可变和持久的，因此可以随时解除引用而无需阻止编写器。 请阅读http://clojure.org/refs。 - Alex Miller

谢谢 Ralph！看起来这正是我需要的。你知道是否有Clojure等效版本，还是我需要使用Java互操作来获取此功能？ - mikera

@mikera：正如Alex Miller在他的评论中所说，refs的行为就是这样，但据我所知，Clojure没有特定的函数来实现这一点。 - Ralph