Apakah pembolehubah keadaan? Bagaimanakah mereka membenarkan benang menunggu keadaan tertentu dipenuhi?

Apakah pembolehubah keadaan?

Pembolehubah keadaan adalah primitif penyegerakan yang digunakan dalam pengaturcaraan multi-threaded untuk membolehkan benang berkomunikasi antara satu sama lain dan menyelaraskan pelaksanaan mereka. Mereka biasanya digunakan bersempena dengan kunci mutex (pengecualian bersama) untuk membolehkan benang menunggu keadaan tertentu untuk menjadi kenyataan sebelum meneruskan.

Apabila benang perlu menunggu keadaan tertentu, ia boleh menggunakan pemboleh ubah keadaan untuk menggantung pelaksanaannya sehingga thread lain memberi isyarat bahawa keadaan telah dipenuhi. Ini dicapai melalui operasi utama berikut:

1. Tunggu : Benang memanggil fungsi wait pada pemboleh ubah keadaan, yang secara atom melepaskan mutex yang berkaitan dan menangguhkan pelaksanaan benang. Benang akan terus disekat sehingga ia dibangkitkan oleh isyarat.
2. Isyarat : Benang boleh memanggil fungsi signal pada pemboleh ubah keadaan untuk membangunkan satu benang menunggu, memaklumkan bahawa keadaan yang sedang menunggu mungkin sekarang.
3. Siaran : Sama seperti signal , tetapi bangun semua benang yang menunggu pembolehubah keadaan, biasanya digunakan apabila beberapa benang perlu dimaklumkan tentang perubahan keadaan.

Pembolehubah keadaan amat berguna dalam senario di mana benang perlu menunggu keadaan atau keadaan tertentu yang berlaku sebelum mereka dapat meneruskan tugas mereka, seperti dalam masalah pengeluar atau sistem peruntukan sumber.

Apakah faedah menggunakan pembolehubah keadaan untuk penyegerakan thread?

Menggunakan pemboleh ubah keadaan untuk penyegerakan thread menawarkan beberapa manfaat penting:

1. Menunggu yang cekap : Pembolehubah keadaan membolehkan benang menunggu dengan cekap tanpa menunggu sibuk, yang boleh membazirkan kitaran CPU. Sebaliknya, benang boleh masuk ke dalam keadaan yang digantung, membolehkan sistem operasi menjadualkan benang atau proses lain.
2. Penggunaan sumber yang dikurangkan : Dengan mengelakkan pembolehubah yang sibuk, pembolehubah keadaan membantu mengurangkan penggunaan sumber keseluruhan program, menjadikannya lebih cekap tenaga dan mampu mengendalikan lebih banyak tugas serentak.
3. Fleksibiliti dalam koordinasi thread : Pembolehubah keadaan menyediakan mekanisme yang fleksibel untuk menyelaras benang. Mereka boleh digunakan untuk melaksanakan pelbagai corak penyegerakan dan algoritma, seperti semaphores, halangan, dan monitor.
4. Responsiveness yang lebih baik : Thread boleh bangun dengan segera apabila keadaan yang mereka tunggu menjadi benar, yang membawa kepada program yang lebih responsif dan interaktif.
5. Operasi Atom : Pelepasan Atom dan Reakisisi Mutex dalam Operasi wait Pastikan bahawa pemeriksaan keadaan dan peralihan keadaan menunggu dilakukan sebagai operasi tunggal, tidak terganggu, menghalang keadaan perlumbaan dan memastikan keselamatan benang.

Bagaimanakah pemboleh ubah keadaan meningkatkan kecekapan program berbilang threaded?

Pembolehubah keadaan dengan ketara meningkatkan kecekapan program berbilang threaded dalam beberapa cara:

1. Penghindaran sibuk-menunggu : Tanpa pembolehubah keadaan, benang mungkin perlu terus memeriksa keadaan untuk menjadi benar, amalan yang dikenali sebagai sibuk menunggu. Ini boleh membawa kepada penggunaan CPU yang tinggi dan sumber yang sia -sia. Pembolehubah keadaan membolehkan benang tidur dan bangun hanya apabila perlu, meningkatkan penggunaan sumber.
2. Penjadualan thread yang dioptimumkan : Dengan membenarkan benang untuk menggantung diri mereka apabila mereka tidak ada kena mengena, pembolehubah keadaan membolehkan sistem operasi menjadualkan benang atau proses lain dengan lebih berkesan. Ini membawa kepada prestasi sistem dan respons keseluruhan yang lebih baik.
3. Perdebatan Kunci yang Dikurangkan : Apabila digunakan dengan betul, pembolehubah keadaan dapat mengurangkan perbalahan untuk kunci. Threads menunggu pada keadaan Variabel melepaskan Mutex yang berkaitan, yang membolehkan benang lain mengakses sumber yang dikongsi lebih mudah.
4. Skalabilitas : Pembolehubah keadaan membolehkan lebih banyak aplikasi pelbagai threaded berskala. Memandangkan bilangan benang meningkat, kecekapan yang diperoleh daripada mengelakkan sibuk menunggu dan mengoptimumkan penjadualan thread menjadi lebih ketara.
5. Kecekapan Tenaga : Dengan meminimumkan penggunaan CPU yang tidak perlu melalui mengelakkan pembolehubah yang sibuk, pembolehubah keadaan menyumbang kepada lebih banyak program yang cekap tenaga, yang penting dalam peranti berkuasa bateri dan pusat data berskala besar.

Bagaimanakah pembolehubah keadaan boleh digunakan untuk mencegah keadaan kaum dalam pengaturcaraan serentak?

Pembolehubah keadaan boleh membantu mencegah keadaan kaum dalam pengaturcaraan serentak dengan memastikan bahawa benang mengakses sumber yang dikongsi bersama dengan cara yang terkawal dan diselaraskan. Begini cara mereka dapat digunakan dengan berkesan:

1. Akses yang diselaraskan kepada sumber yang dikongsi : Dengan mengaitkan pemboleh ubah keadaan dengan mutex, benang dapat memastikan bahawa mereka menunggu dan memberi isyarat dengan cara yang diselaraskan. Apabila benang menunggu pada pemboleh ubah keadaan, ia secara atom melepaskan mutex, yang membolehkan benang lain mengakses sumber yang dikongsi. Apabila keadaan menjadi benar, benang menunggu dengan selamat dapat mengulangi mutex dan teruskan.
2. Memastikan Atomicity : Operasi wait pada pemboleh ubah keadaan adalah atom berkenaan dengan melepaskan mutex. Ini bermakna peralihan dari memegang mutex untuk menunggu pembolehubah keadaan berlaku dalam satu langkah, menghalang benang lain daripada mengubah keadaan bersama di antara.
3. Penyegerakan berdasarkan syarat : Thread boleh menggunakan pembolehubah keadaan untuk menunggu sehingga keadaan tertentu dipenuhi sebelum meneruskan. Ini membantu mencegah keadaan kaum dengan memastikan benang hanya mengakses sumber yang dikongsi bersama apabila mereka berada dalam keadaan yang sah.
4. Contoh dalam senario pengguna-pengguna : Dalam masalah pengeluar-pengguna, pembolehubah keadaan boleh digunakan untuk memberi isyarat apabila item ditambah atau dikeluarkan dari penampan bersama. Benang pengeluar boleh memberi isyarat kepada pemboleh ubah keadaan apabila ia menambah item, membangunkan benang pengguna yang menunggu penampan tidak kosong. Sebaliknya, pengguna boleh memberi isyarat apabila ia menghilangkan item, yang berpotensi bangun pengeluar yang menunggu penampan tidak penuh. Penyegerakan ini menghalang keadaan perlumbaan di mana penampan mungkin diakses dengan tidak sesuai.

Dengan berhati-hati menggunakan pembolehubah keadaan dengan mutexes dan mematuhi amalan terbaik dalam pelaksanaannya, pemaju boleh membuat program multi-thread yang mantap dan cekap yang berkesan mencegah keadaan kaum.

Atas ialah kandungan terperinci Apakah pembolehubah keadaan? Bagaimanakah mereka membenarkan benang menunggu keadaan tertentu dipenuhi?. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!