教程：线程

领测软件测试网 线程概述

线程(Thread)就是指能在一个程序中处理若干控制流的功能。与OS提供的进程不同的是，线程可以共享内存空间。

Ruby中使用的线程是用户级线程，由Ruby解释器进行切换管理。其效率要低于由OS管理线程的效率，且不能使用多个CPU，这确实是它的缺点。但其优点也很明显，即可移植性很高。

线程的生成

可以使用Thread.start方法来生成新线程。其用法如下。

Thread.start { .... }

Thread.start生成新线程后，新线程会对迭代程序块进行判断。举个简单的例子来看一看线程如何运作。

1 Thread.start { 2 while true 3 print "thread 1\n" 4 end 5 } 6 7 while true 8 print "thread 2\n" 9 end

程序运行后“thread1”和“thread2”交替出现，可以看出有两个无限循环在同时运作。请按下Ctrl-C来终止程序。

线程的操作

线程类的方法如下。

Thread.start {...} Thread.new {...} 生成新线程，并对迭代程序块进行判断。返回新生成的线程对象。new是start的别名。 Thread.current 返回当前运行的线程对象。 Thread.exit 终止当前运行的线程对象。 Thread.join thread 挂起现在的线程，直到指定线程运行结束为止。 Thread.kill thread 终止指定线程的运行。 Thread.pass 将控制权显式地交给其他可运行的线程。 Thread.stop 挂起现在的线程，直到其他线程运行thread#run为止。 Thread#exit 终止receiver线程。 Thread#run 重新开启receiver线程。 Thread#stop 挂起receiver线程。 Thread#status 若receiver线程存在则返回真。若线程因错误而终止，则引发那个错误。 Thread#value 返回判断receiver迭代程序块的结果。若判断迭代程序块的过程尚未完成，则等到该线程终止为止。 线程间的同步

因为线程共享内存空间，所以使用普通的变量就可完成线程间的数据交换工作。但是为了使操作的时机得当，有必要进行同步。若同步失败会引起各种问题，如可能会一直等一个不可能出现的数据而陷入死锁状态，或接收了非预期数据导致难以查找的错误等等。

Ruby的线程库提供了两种同步方法。一种是只负责同步的Mutex，还有一种是兼管数据交接的Queue。若想使用这些库，需要在程序头部调用下列内容。

require "thread" Mutex

Mutex是mutual-exclusion lock（互斥锁）的简称。若对Mutex加锁时发现已经处于锁定状态时，线程会挂起直到解锁为止。

在并行访问中保护共享数据时，可以使用下列代码（m是Mutex的实例）。

begin m.lock # 访问受m保护的共享数据 ensure m.unlock end

Mutex有个synchronize方法可以简化这一过程。

m.synchronize { # 访问受m保护的共享数据 }

举个简单的例子。

1 require "thread" 2 3 m = Mutex.new 4 v = 0; # 受m保护的数据 5 6 Thread.start { 7 while true 8 m.synchronize { 9 v = v + 100 10 } 11 end 12 } 13 14 while true 15 m.synchronize { 16 v = v - 33 17 } 18 end

若此程序中不使用Mutex加以保护的话，因为时机问题，在一个线程读取v的数值后还没来得及进行赋值的时候，另一个线程可能已经改变了v的数值。

Mutex有下列方法。

Mutex.new 生成新的互斥锁。 Mutex#lock 加锁。若已经处于加锁状态则会一直等待下去，直到解锁为止。 Mutex#unlock 解锁。若有其它等锁的线程则会让它们通过。 Mutex#synchronize 执行从获得锁到解锁全过程的迭代器。 Mutex#try_lock 获得锁。若已处于加锁状态，则返回false且不会挂起。 Queue

Queue就像一条读写数据的管道。提供数据的线程在一边写入数据，而读取数据的线程则在另一边读出数据。若Queue中没有可供读取的数据时，读取数据的线程会挂起等待数据的到来。

下面就是一个使用Queue的简单程序。

1 require "thread" 2 3 q = Queue.new 4 5 th = Thread.start { 6 while line = q.pop 7 print line 8 end 9 } 10 11 while gets 12 q.push $_ 13 end 14 q.push nil # 终止标记 15 th.join

本程序中，一个线程读入一行之后，另一个线程就输出它。若把第3行改成数组，即“q = []”后，线程间失去同步，则程序无法正确运作。

Queue有下列方法。

Queue.new 生成新的Queue。 Queue.empty? 若Queue为空则返回真。 Queue.push value 向Queue添加value。 Queue.pop [non_block] 从Queue中取出数据。若参数non_block被指定为非假值而且Queue为空时，则引发错误。其他情况下，若Queue为空时，读取数据的线程会被挂起直到有新数据加入。 例题

让我们来看一看在并行处理编程领域中非常有名的“哲学家就餐”问题。

“哲学家就餐”问题就是指在下述情况下，哲学家如何取得同步的问题。

有N位哲学家围坐在圆桌旁。圆桌中间放着盛满意大利面条的大盘子。另有N把叉子分别放在每位哲学家身旁。哲学家继续思考问题，若觉得饿就会拿起两旁的叉子就餐。吃完后就将叉子放回去。这些哲学家都是绅士，即使很饿也会等到两旁都有叉子可用之后才会就餐。

运行程序后会依次显示当前的状态。各个字符所代表的意义如下。

o: 正在思考问题的哲学家 *: 正在工作的哲学家 -: 无人使用的叉子 |: 正被使用的叉子

哲学家思考的时间和就餐的时间由随机数决定。

1 # 2 # The Dining Philosophers - thread example 3 # 4 require "thread" 5 6 N=7 # number of philosophers 7 $forks = [] 8 for i in 0..N-1 9 $forks[i] = Mutex.new 10 end 11 $state = "-o"*N 12 13 def wait 14 sleep rand(20)/10.0 15 end 16 17 def think(n) 18 wait(); 19 end 20 21 def eat(n) 22 wait(); 23 end 24 25 def philosopher(n) 26 while true 27 think n 28 $forks[n].lock 29 if not $forks[(n+1)%N].try_lock 30 $forks[n].unlock # avoid deadlock 31 next 32 end 33 $state[n*2] = ?|; 34 $state[(n+1)%N*2] = ?|; 35 $state[n*2+1] = ?*; 36 print $state, "\n" 37 eat(n) 38 $state[n*2] = ?-; 39 $state[(n+1)%N*2] = ?-; 40 $state[n*2+1] = ?o; 41 print $state, "\n" 42 $forks[n].unlock 43 $forks[(n+1)%N].unlock 44 end 45 end 46 47 for i in 0..N-1 48 Thread.start{philosopher(i)} 49 sleep 0.1 50 end 51 sleep 52 exit

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