Question

我有一些Java代码调用一些本机代码，最初是用Fortran编写的，使用JNA。（这是一个数值库，许多数学人员在Fortran中编写代码。）它被编译为.so库，见下文：

我在我的代码中测试了所有单元，但是我得到了很好的结果，但后来我尝试使用来自多个线程的代码，一切都开始失败并出现奇怪的错误。然后我研究了一些stuff about reentrant Fortran code并意识到我使用的库具有相当于Fortran中的一些全局变量（SAVE关键字，它们在再次调用函数时记住变量的值：{{ 3}}）

现在我正在synchronized块中包装对库的调用，但这显着地影响了性能。在我看来，重新设计库可能需要付出很大的努力才能重入（它有几千行数字代码，并且不清楚当子程序运行时值如何延续。）有谁知道解决问题的最佳方法是什么？我的想象力表明......

有没有办法让每个Java线程在内存中加载共享库的单独副本，以便全局变量实际上是线程本地的？这甚至可能吗？我不确定JNA的直接绑定或库绑定是如何工作的，如果有办法以这种方式使用它。
即使从不同的VM调用它，它仍然会被搞砸吗？我该如何检查以确定？
有没有办法让gfortran（gcc）以可重入的方式编译Fortran代码？
是否有一些快速而肮脏的方法使Fortran代码可以重入？我搜索了RECURSIVE关键字，它显然将变量保存在堆栈中，但这似乎与现有代码不兼容。
还有其他可能的解决方案吗？

我确认多个虚拟机的状况良好;这是有道理的，因为他们不共享记忆。仍然是一个PITA，但比线程更不方便。

Answer 1

作为参考，我只想分享我为此而实现的以下类。它需要一个给定的库和接口，使n副本并将JNA代理接口映射到每个副本，然后返回另一个实现线程安全锁定的代理接口，创建一个可重入且可以运行的版本一个人拥有的处理器数量。

public class LibraryReplicator<C> {

    final BlockingQueue<C> libQueue;
    final Class<C> interfaceClass;
    final C proxiedInterface;

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public LibraryReplicator(URL libraryResource, Class<C> interfaceClass, int copies) throws IOException {
        if (!interfaceClass.isInterface()) 
            throw new RuntimeException(interfaceClass + "is not a valid interface to map to the library.");

        libQueue = new LinkedBlockingQueue<C>(copies);
        this.interfaceClass = interfaceClass;

        // Create copies of the file and map them to interfaces
        String orig = libraryResource.getFile();
        File origFile = new File(orig);
        for( int i = 0; i < copies; i++ ) {
            File copy = new File(orig + "." + i);
            Files.copy(origFile, copy);                     

            C libCopy = (C) Native.loadLibrary(copy.getPath(), interfaceClass);         
            libQueue.offer(libCopy); // This should never fail
        }               

        proxiedInterface = (C) Proxy.newProxyInstance(
                interfaceClass.getClassLoader(), 
                new Class[] { interfaceClass }, 
                new BlockingInvocationHandler());
    }

    public LibraryReplicator(URL libraryResource, Class<C> interfaceClass) throws IOException {
        this(libraryResource, interfaceClass, Runtime.getRuntime().availableProcessors());
    }

    public C getProxiedInterface() {
        return proxiedInterface;
    }

    /*
     * Invocation handler that uses the queue to grab locks and maintain thread safety.  
     */
    private class BlockingInvocationHandler implements InvocationHandler {
        @Override
        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Exception {
            C instance = null;

            // Grab a copy of the library out of the queue          
            do {
                try { instance = libQueue.take(); }
                catch(InterruptedException e) {}
            } while(instance == null);

            // Invoke the method
            Object result = method.invoke(instance, args);

            // Return the library to the queue
            while(true) {
                try { libQueue.put(instance); break; }
                catch( InterruptedException e ) {} 
            } 

            return result;
        }       
    }

}

示例用法类似于以下内容作为静态初始化程序的一部分：

MvnPackGenz lib = new LibraryReplicator<MvnPackGenz>(
        MvnPackGenz.class.getClassLoader().getResource("mvnpack.so"), 
        MvnPackGenz.class).getProxiedInterface();

这创建了一堆库的副本（在我的例子中为12），创建了lib变量，在该变量之上“看起来”是可重入的，并且可以由多个线程安全地运行：

-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 13:55 mvnpack.so
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.0
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.1
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.10
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.11
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.2
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.3
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.4
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.5
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.6
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.7
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.8
-rw-r--r-- 1 mao mao 50525 Sep 26 18:21 mvnpack.so.9

您可以在

看到更新版本

https://github.com/mizzao/libmao/blob/master/src/main/java/net/andrewmao/misc/LibraryReplicator.java

Answer 2

我不确定每个线程都有一个单独的库实例，但是这就是我多年前所做的：让操作系统为你重入。

我最终在Unix机器上创建了一个应用程序实例池，并使用网络套接字与它们进行通信 - 每个进程都在自己的套接字上进行侦听。

即使库不可重入，也可以将其作为单独的进程启动。。。也许你可以在库周围编写一个瘦的unix包装器，并通过你自己的专有协议进行通信。

从多个Java线程调用不可重入的本机共享库

2 个答案: