Wielowątkowość w java

Dostępne mechanizmy

• Java posiada wbudowaną obsługi wielu wątków

• Dostarcza mechanizmy synchronizowania wątków

• Pozwala na łatwe posługiwanie się wieloma wątkami

Wielowątkowość - cechy

• Na pojedynczym procesorze aplikacja jest wykonywana współbieżnie.

• Przełączaniem poszczególnych wątków zajmuje się JVM i na różnych platformach może się odbywać inaczej

• Na maszynach z wieloma procesorami może być wykonywana równolegle.

Cel stosowania wielowątkowości

• Uproszczenie programowania aplikacji wielomodułowych pracujących z różną prędkością

• Drukowanie

• Komunikacja z użytkownikiem

• Obliczenia

• Prezentacja wyników cząstkowych

Deklaracja w Javie

• Podklasa klasy Thread

• Implementacja interfejsu Runnable

Interfejs ten pochodzi z pakietu java.lang, jego deklaracja:

public interface Runnable{

void run(); }

Każda klasa używająca tego interfejsu musi posiadać metodę run().

Deklaracja - klasa potomna Thread

• Dostęp do wszystkich metod kontrolujących wątek zdefiniowanych w klasie Thread

• W klasie, która jest wątkiem oprócz konstruktora musi wystąpić metoda run()

• W run() zdefiniowane są wszystkie działania wykonywane przez wątek

• Przykałd

class Watek extends Thread {

String wysuń - "";

public Watek(String str, int numeru)//Konstruktor

{…}

public void run()//Główna metoda wątku

{…}

}

Deklaracja - klasa potomna Thread

public Watek(String str, int numer) {

super(str); //Konstruktor nadklasy, ustawia nazwę wątku

// Ustawienie wcięcia z jakim będzie wyświetlana

// nazwa Wątku

for (int i = 1; i < numer; i++) wysuń = wysuń + "\t"; }

Deklaracja - interfejs Runnable

• Wątek ma oprócz własności wątku jeszcze inne własności

• Interfejs Runnable ma tylko jedną klasę run()

• Klasa Thread i inne klasy implementują interfejs Runnable, dzięki temu mamy dostęp do własności różnych klas

Deklaracja - interfejs Runnable

class Watek implements Runnable {

String wysuń - "";

// W polu danych bieżący przechowywana będzie referencja do wątku,w którym wykonana zostanie klasa Watek

Thread bieżący;

public Watek {int numer) {...}

public void run()

{…} }

Deklaracja - interfejs Runnable

public Watek {int numer) {

// metoda statyczna currentThread() klasy Thread zwąca referencję do bieżącego wątku

bieżący = Thread. currentThread();

for (int i = 1; i < numer; i++)

wysuń = wysuń + "\t"; }

Deklaracja - interfejs Runnable

public void run(){ for(inti = 0; i < 4; i++) {

// dzięki referencji bieżący możemy na rzecz tego wątku wykonać metodę getName() (z klasy Thread)

System.outprintl n (wysuń + i + "" + bieżący. getName());

try{

bieżący.sleep((int)(Math.random()*1000)); }

catch (lnterruptedException e) {} }

System, out.printl n (wysuń +• biezacy.getName()+ " koniec"); }

Stany wątków

• Nowy wątek

• Wykonywany

• Nie wykonywany

• Zakończony

Stany wątków - nowy wątek

Thread Watek = new KlasaWatku();

• Tylko tworzy obiekt klasy Thread nie rezerwuje zasobów systemowych

• Możemy wykonać metodę start() i stop()

• Przy próbie wywołania innych metod otrzymujemy wyjątek

IIlegał ThreadStateException

Stany wątków - wykonywany

Thread Walek = new KlasaWalku();

Watek.start();

• Tworzy zasoby systemowe potrzebne douruchomienia wątku

• Wywołuje metodę run()

• Ale nie oznacza to, że zostanie od razu uruchomiony - to system zdecyduje kiedy to nastąpi

Stany wątków - nie wykonywany

Wątek przechodzi do tego stanu gdy zachodzi jedno ze zjawisk;

• wywołano jego metodę sleepO - uśpienie,

• wywołano jego metodę suspemif) - zawieszenie,

• wątek wykonuje swoją metodę wait() -oczekiwanie,

• wątek jest zablokowany przy operacji wejścia /wyjścia

Stany wątków - nie wykonywany

Powrót do stanu wykonywany gdy zachodzi jedno ze zjawisk:

• jeśli uśpiono (metoda sleepf) ), musi upłynąć określona czas,

• jeśli zawieszono (metoda suspendO ), inny wątek musi wywołać metodę resumef) ,

• jeśli czeka np. na ustawienie jakiejś zmiennej, to obiekt, do którego należy ta zmienna, musi wywołać metodę notify() lub notiJyAll(),

• Blokada przez operacje we/wy, operacje te muszą być zakończone

Stany wątków - zakończony

• Naturalnie - kończy się metoda run()

public vid run() {

Int i=1;

while (i<51) {

System.out.println( i + „iteracja”);

i++;

}}

• Zabity- wywołanie stop()

Thiread mojWatek = new MojaKlasaWatku(); ...

mojWatek.start();

try { Thread.steep(10000); }

catch (InterruptedException e){}

mojWatek.stop();

Priorytety wątków

• Priorytety to liczby typu int z zakresu od l do 10

• Im większa wartość tym priorytet większy

• Priorytet zmieniamy przy pomocy metody setPriorityO

• Gdy wątek o większym priorytecie zostaje zatrzymany zostaje wówczas wykonany proces o niższym priorytecie.

Synchronizacja wątków

• Synchronizacja konieczne jest gdy dwa wątki wykorzystują wspólne zasoby np. zmienną

• Przy dostępie do wspólnych danych nie może być mowy o jednoczesnym i

dowolnym dostępie do zmiennej

• Dostęp do zmiennej może mieć tylko jeden wątek.

• W programowaniu współbieżnym obszar kodu, który może być wykonywany tylko przez jeden proces nazywamy „sekcja krytyczną"

• W Java oznaczenie „sekcji krytycznej" odbywa się przy pomocy słowa kluczowego synchronized.

• W Java sekcja krytyczna realizowana jest na poziomie metod.

• W Java za realizacje obsługi „sekcji krytycznej" odpowiedzialne są monitory

• Monitor jest to twór powiązany z obiektem, który jest rezerwowany w momencie wejścia wątku do sekcji krytycznej i nie pozwala na wejście do sekcji krytycznej innym wątkom

• Pozostałe wątki zostaną wstrzymane do momentu opuszczenia SK przez pierwszy wątek i zwolnienia monitora.

• Po zwolnieniu monitora kolejne wątki wchodzą do SK i zajmują monitor.

Problemy w synchronizacji

Ponieważ wątki mogą się nawzajem blokować może dochodzić do sytuacji awaryjnych

• Zagłodzenia - gdy wątek oczekuje na dostęp do zasobu i nigdy go nie uzyskuje

• Zakleszczenie - gdy wątek oczekuje na spełnienie warunku, który nigdy nie będzie spełniony i przez to nigdy nie zwolni sekcji krytycznej

Producent - Konsument

• Producent zapisuje dane do Pudełko

• Konsument odczytuje dane zPudełko

• Pudełko jest to wspólny zasób do którego dostęp trzeba synchronizować

Producent - Konsument

• Metoda notifyAll - Informuje wszystkie wątki oczekujące na monitor o fakcie zwolnienia go i budzi wszystkie oczekujące wątki

• Metoda wait - Wątek wywołujący tą metodę musi posiadać monitor. Powoduje zwolnienie posiadanego monitora i przejście w stan oczekiwania do momenty gdy inny wątek powiadomi go o zwolnieniu monitora (metoda notify lub notifyAll)

---