互斥

有时两个或多个线程可能都需要访问某种全局资源。由于全局资源的当前状态可能被一个线程修改，并且该修改的值在被某个其它线程使用时可能是不可预测的，因此这可能产生错误的结果。举一个简单的例子，看看这段代码：

$i = 0
a = Thread.new {
  1000000.times{ $i += 1 }
}
b = Thread.new {
  1000000.times{ $i += 1 }
}
a.join
b.join
puts( $i )

我的目的是运行两个线程，每个线程递增全局变量 $i 一百万次。在这结束时 $i 的预期结果（自然）将是 200 万。但是，事实上，当我运行它时，$i 的结束值是 1088237（你可能会看到不同的结果）。

对此的解释是，这两个线程实际上正在竞争对全局变量 $i 的访问。这意味着，在某些时候，线程 a 可能获得 $i 的当前值（假设它恰好是 100）并且同时线程 b 也获得 $i 的当前值（仍然是 100）。现在，a 增加它刚刚获得的值（$i 变为 101）并且 b 增加它刚刚获得的值（因此 $i 再次变为 101！）。换句话说，当多个线程同时访问共享资源时，其中一些线程可能正在使用过时的值 - 即，没有考虑其它线程对该资源所做的任何修改。随着时间的推移，这些操作产生的错误会累积，直到我们得出的结果与我们预期的结果大不相同。

为了解决这个问题，我们需要确保当一个线程可以访问全局资源时，它会阻止其它线程的访问。另一种说法，即授予多个线程对全局资源的访问应该是“互斥的”（mutually exclusive）。你可以使用 Ruby 的 Mutex 类来实现它，该类使用信号量来指示当前资源是否正在被访问，并提供同步方法以防止（外部）访问块内的资源。请注意，你必须引入（require）‘thread’ 才能使用 Mutex 类。这是我重写的代码：

require 'thread'
$i = 0
semaphore = Mutex.new
a = Thread.new {
  semaphore.synchronize{
    1000000.times{ $i += 1 }
  }
}
b = Thread.new {
  semaphore.synchronize{
    1000000.times{ $i += 1 }
  }
}
a.join
b.join
puts( $i )

这次，$i 的最终结果是 2000000。

最后，有关使用 Threads 的更有用的示例，请查看 file_find2.rb。此示例程序使用 Ruby 的 Find 类遍历磁盘上的目录。有关非线程示例，请参阅 file_find.rb。将其与第 13 章中的 file_info3.rb 程序进行比较，其使用的 Dir 类。

这会设置两个线程运行。第一个，t1，调用 processFiles 方法来查找和显示文件信息（你需要编辑对 processFiles 的调用以将系统上的目录名传递给它）。第二个线程 t2 只打印出一条消息，当 t1 处于“活着”状态（即运行或休眠）时，该线程运行：

t1 = Thread.new{
  Thread.stop
  processFiles( '..' ) # edit this directory name
}
t2 = Thread.new{
  Thread.stop
  while t1.alive? do
    print( "\n\t\tProcessing..." )
    Thread.pass
  end
}

每个线程使用 Thread.pass 完成让步控制（t1 线程在 processFiles 方法内进行让步控制）。在实际应用程序中，你可以采用此技术以提供某种类型的用户反馈，同时进行一些密集的过程（例如目录遍历）。