HarmonyOS中實現 非可重入鎖 NonReentrantLock

背景

在多線程編程中，確保資源的互斥訪問是至關重要的。允許並行執行，但需要同步機制來避免數據競爭和競態條件。

鎖的重要性

鎖是一種同步機制，用於控制對共享資源的訪問。在ArkTs中，傳統的鎖實現依賴於語言級別的原子操作，但隨着共享內存的引入，我們需要一種新的同步機制。

使用SharedArrayBuffer和Atomics

SharedArrayBuffer允許在多個線程間共享內存，而Atomics提供了一組操作，用於在不同線程間進行線程安全的操作。

NonReentrantLock類實現

以下是NonReentrantLock類的實現，它使用SharedArrayBuffer和Atomics來確保互斥訪問。

鎖狀態常量

const UNLOCKED = 0; // 鎖未被任何線程佔用
const LOCKED_SINGLE = 1; // 鎖被單個線程佔用
const LOCKED_MULTI = 2; // 鎖被多個線程佔用

NonReentrantLock類

export class NonReentrantLock {
  private flag: Int32Array;

  constructor(sab: SharedArrayBuffer) {
    this.flag = new Int32Array(sab);
  }

  public lock(): void {
    let c = UNLOCKED;
    while (Atomics.compareExchange(this.flag, 0, c, LOCKED_SINGLE) !== UNLOCKED) {
      if (c === LOCKED_MULTI || Atomics.compareExchange(this.flag, 0, LOCKED_SINGLE, LOCKED_MULTI) !== UNLOCKED) {
        Atomics.wait(this.flag, 0, LOCKED_MULTI);
      }
    }
  }

  public tryLock(): boolean {
    return Atomics.compareExchange(this.flag, 0, UNLOCKED, LOCKED_SINGLE) === UNLOCKED;
  }

  public unlock(): void {
    let v0 = Atomics.sub(this.flag, 0, 1);
    if (v0 !== LOCKED_SINGLE) {
      Atomics.store(this.flag, 0, UNLOCKED);
      Atomics.notify(this.flag, 0, 1);
    }
  }
}

使用示例

let sab = new SharedArrayBuffer(4);
let lock = new NonReentrantLock(sab);

// 某個線程嘗試獲取鎖
lock.lock();

// 執行臨界區代碼...

// 釋放鎖
lock.unlock();

鎖的獲取與釋放

• lock方法用於獲取鎖，如果鎖已被佔用，調用線程將等待。
• tryLock方法嘗試獲取鎖，如果成功返回true，否則立即返回false。
• unlock方法用於釋放鎖，如果鎖是被單個線程佔用的，減少鎖狀態；如果是多線程佔用的，設置爲UNLOCKED並喚醒等待的線程。

注意事項

• 使用SharedArrayBuffer和Atomics時，必須確保遵守同源策略。
• 錯誤地使用這些API可能導致數據不一致和競態條件。

結論

NonReentrantLock類提供了一種在ArkTs中實現線程安全鎖的方法，這對於需要同步共享內存訪問的多線程應用程序非常有用。