Java中的分层互斥锁

Question

我希望能够基于文件系统层次结构进行锁定。例如：

线程1：

lock("/");
doStuff();
unlock();

线程2：

lock("/sub/foo");
doStuff();
unlock();

线程3：

lock("/sub/bar");
doStuff();
unlock();

如果线程1首先获得锁，那么线程2和3将被阻塞，直到线程1解锁。但是，如果线程2首先获得锁，那么线程3应该能够与线程2同时执行。一般规则是，如果父目录上有锁，则线程必须阻塞。

Java有没有内置的东西可以帮助解决这个问题呢？我希望避免为每个目录存储一个锁，因为将会有数十万个目录。

Answer 1

我将目录路径存储在树中，如下所示：

- /
 - sub
  - foo
  - bar

每当您需要锁定该树中的任何内容时，您都可以从根节点向下移动，并获取除目标节点本身以外的所有内容的读锁定。目标节点获得一个写锁。

这个方案保证了树的相关部分的死锁自由和稳定性。

我不认为存储数十万个锁有什么特别的问题。这可能会在每个锁上浪费100字节的RAM。但它简化了架构。你有没有衡量它是否真的是一个问题？

作为另一种选择，你可以有一个从路径到锁的映射。该字典上的所有操作都必须由调用方同步。这允许您懒惰地初始化锁。您还可以定期垃圾收集未使用的锁，方法是首先在根上设置一个写锁，这会使所有操作停顿。一旦一切都安静下来，你就丢弃了所有的非root锁。

Answer 2

也许有一个性能更好的解决方案，但这里是我如何开始的。

我将创建一个具有lock(path)和unlock(path)方法的共享TreeAccess对象。此方法必须进入一个同步块，该块将循环，直到路径可用。在每次迭代中，如果不可用，它将检查路径是否可用，如果不可用，则执行wait()，直到其他线程调用notifyAll()。如果路径可用，则它将继续，完成后，调用unlock()方法，该方法将执行notifyAll()。

在继续之前，您必须将锁定的路径存储到某个数据结构中。在通知之前，您必须从该数据结构中删除未锁定的路径。要检查路径是否可用，您需要查找此数据结构中是否存在与您要锁定的路径相等的路径，或者该路径是您想要锁定的路径的祖先。

public void lock(String path) {
    synchronized (lock) {
        while (!available(path)) {
            lock.wait();
        }
        lockedPaths.add(path);
    }
}

public void unlock(String path) {
    synchronized (lock) {
        lockedPaths.remove(path);
        lock.notifAll();
    }
}

private boolean available(String path) {
    for (String lockedPath : lockedPaths) {
        if (isParentOrEqual(lockedPath, path) { // this method is left as an exercise
            return false;
        }
    }
    return true;
}