深入剖析Perl线程的生命周期

本文和大家继续讨论一下Perl线程的生命周期，主要包括共享与同步，锁，信号量和Perl线程队列几部分内容，相信通过本文的学习你对Perl线程生命周期的概念有一定的了解。

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共享与同步

threads::shared

和现有大多数Perl线程模型不同，在PerlithreadsPerl线程模型中，默认情况下任何数据结构都不是共享的。当一个新Perl线程被创建以后，它就已经包含了当前所有数据结构的一份私有拷贝，新建Perl线程中对这份拷贝的数据结构的任何操作都不会在其他Perl线程中有效。因此，如果需要使用任何共享的数据，都必须显式地申明。threads::shared包可以用来实现Perl线程间共享数据的目的。

锁

多Perl线程间既然有了共享的数据，那么就必须对共享数据进行小心地访问，否则，冲突在所难免。PerlithreadsPerl线程模型中内置的lock方法实现了Perl线程间共享数据的锁机制。有趣的是，并不存在一个unlock方法用来显式地解锁，锁的生命周期以代码块为单位，也就是说，当lock操作所在的代码块执行结束之后，也就是锁被隐式释放之时。例如

清单10.Perl线程中的锁机制

 
 
   
  
  usethreads::shared;    
  
     
  
  #inthread1    
  
  {    
  
  lock($share);#lockfor3seconds    
  
  sleep(3);#otherthreadscannotlockagain    
  
  }    
  
  #unlockimplicitlynowaftertheblock    
  
     
  
  #inthread2    
  
  {    
  
  lock($share);#willbeblocked,asalreadylockedbythread1    
  
  $share++;#afterthread1quitfromtheblock    
  
  }    
  
  #unlockimplicitlynowaftertheblock

上面的示例中，我们在thread1中使用lock方法锁住了一个普通的标量，这会导致thread2在试图获取$share变量的锁时被阻塞，当thread1从调用lock的代码块中退出时，锁被隐式地释放，从而thread2阻塞结束，lock成功以后，thread2才可以执行$share++的操作。对于数组和哈希表来说，lock必须用在整个数据结构上，而不是用在数组或哈希表的某一个元素上。

假如一个Perl线程对某一个共享变量实施了锁操作，在它没有释放锁之前，如果另外一个Perl线程也对这个共享变量实施锁操作，那么这个Perl线程就会被阻塞，阻塞不会被自动中止而是直到前一个Perl线程将锁释放为止。这样的模式就带来了我们常见的死锁问题。

例如
清单12.Perl线程中的死锁

 
 
   
  
  usethreads;    
  
  usethreads::shared;    
  
  #inthread1    
  
  {    
  
  lock($a);#lockfor3seconds    
  
  sleep(3);#otherthreadscannotlockagain    
  
  lock($b);#deadlockhere    
  
  }    
  
     
  
  #inthread2    
  
  {    
  
  lock($b);#willbeblocked,asalreadylockedbythread1    
  
  sleep(3);#afterthread1quitfromtheblock    
  
  lock($a);#deadlockhere    
  
  }

死锁常常是多Perl线程程序中最隐蔽的问题，往往难以发现与调试，也增加了排查问题的难度。为了避免在程序中死锁的问题，在程序中我们应该尽量避免同时获取多个共享变量的锁，如果无法避免，那么一是要尽量使用相同的顺序来获取多个共享变量的锁，另外也要尽可能地细化上锁的粒度，减少上锁的时间。#p#

信号量

Thread::Semaphore包为Perl线程提供了信号量的支持。你可以创建一个自己的信号量，并通过down操作和up操作来实现对资源的同步访问。实际上，down操作和up操作对应的就是我们所熟知的P操作和V操作。从内部实现上看，Thread::Semaphore本质上就是加了锁的共享变量，无非是把这个加了锁的共享变量封装成了一个Perl线程安全的包而已。由于信号量不必与任何变量绑定，因此，它非常灵活，可以用来控制你想同步的任何数据结构和程序行为。例如

清单13.Perl线程中的信号量

 
 
   
  
  usethreads;    
  
  usethreads::shared;    
  
  useThread::Semaphore;    
  
     
  
  my$s=Thread::Semaphore->new();    
  
  $s->down();#Poperation    
  
  ...    
  
  $s->up();#Voperation

从本质上说，信号量是一个共享的整型变量的引用。默认情况下，它的初始值为1，down操作使它的值减1，up操作使它的值加1。当然，你也可以自定义信号量初始值和每次up或down操作时信号量的变化。

Perl线程队列

Thread::Queue包为Perl线程提供了Perl线程安全的队列支持。与信号量类似，从内部实现上看，Thread::Queue也是把一个通过锁机制实现同步访问的共享队列封装成了一个Perl线程安全的包，并提供统一的使用接口。Thread::Queue在某些情况下可以大大简化Perl线程间通信的难度和成本。例如在生产者-消费者模型中，生产者可以不断地在Perl线程队列上做enqueue操作，而消费者只需要不断地在Perl线程队列上做dequeue操作，这就很简单地实现了生产者和消费者之间同步的问题。

其他有用的非核心包

本文前面讨论的所有内容都在Perl线程核心包的范畴之内。其实CPAN上还有其他一些与Perl线程相关的非核心包，它们往往也会给Perl线程的使用带来很大的便利，这里我们选出两个稍加介绍，抛砖引玉。

Thread::Pool包允许你在程序中创建一批Perl线程去完成多个类似的任务。例如当你希望创建一个多Perl线程程序去完成检验1000个ip地址是否都能ping通的任务时，Thread::Pool包可以给你带来便利。
Thread::RWLock包为Perl线程中的读写操作提供了锁机制的支持。例如当你有多个reader和writerPerl线程共同访问某一个或几个文件时，Thread::RWLock包可以给你带来便利。

总结

本文主要介绍了Perl中Perl线程的使用方法，包括Perl线程的创建、执行与消亡，如何在Perl线程中使用共享变量并通过锁机制、信号量和Perl线程队列的方法来实现Perl线程间的同步。PerlithreadsPerl线程模型与主流Perl线程模型***的不同之处在于默认情况下任何数据结构都是非共享的，或者说Perl中的ithreads是一个“非轻量级”的Perl线程模型。虽然这样的Perl线程模型增加了程序的开销，但它并不会在Perl线程的功能性上打折扣，同时它也使得Perl线程间的通讯和共享变得更加简单。这也符合了Perl一贯的简单而强大的理念和原则。

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