J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

1 / 37

Programowanie współbie

ż

na

J

ę

zyk Java – w

ą

tki

(streszczenie)

Paweł Rogali

ń

ski

Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki
Politechniki Wrocławskiej

pawel.rogalinski

@

pwr.wroc.pl

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

2 / 37

Podstawowe poj

ę

cia: procesy i w

ą

tki

Proces

to wykonuj

ą

cy si

ę

program wraz z dynamicznie przydzielanymi mu przez

system zasobami (np. pami

ę

ci

ą

operacyjn

ą

, zasobami plikowymi). Ka

ż

dy proces ma

własn

ą

przestrze

ń

adresow

ą

.

Systemy wielozadaniowe pozwalaj

ą

na równoległe (teoretycznie) wykonywanie

wielu procesów, z których ka

ż

dy ma swój kontekst i swoje zasoby.

W

ą

tek

to sekwencja działa

ń

, która wykonuje si

ę

w kontek

ś

cie danego procesu

(programu)

Ka

ż

dy proces ma co najmniej jeden wykonuj

ą

cy si

ę

w

ą

tek. W systemach

wielow

ą

tkowych proces mo

ż

e wykonywa

ć

równolegle (teoretycznie) wiele w

ą

tków, które

wykonuj

ą

si

ę

jednej przestrzeni adresowej procesu.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

3 / 37

Podstawowe poj

ę

cia: procesy i w

ą

tki

Równoległo

ść

działania w

ą

tków osi

ą

gana jest przez mechanizm przydzielania czasu

procesora poszczególnym wykonuj

ą

cym si

ę

w

ą

tkom. Ka

ż

dy w

ą

tek uzyskuje dost

ę

p do

procesora na krótki czas (kwant czasu), po czym „oddaje procesor” innemu w

ą

tkowi.

Zmiana w

ą

tku wykonywanego przez procesor mo

ż

e dokonywa

ć

si

ę

na zasadzie:

współpracy

(cooperative multitasking), w

ą

tek sam decyduje, kiedy odda

ć

czas

procesowa innym w

ą

tkom,

wywłaszczania

(pre-emptive multitasking), o dost

ę

pie w

ą

tków do procesora

decyduje systemowy zarz

ą

dca w

ą

tków, który przydziela w

ą

tkowi kwant czasu

procesora, po upływie którego odsuwa w

ą

tek od procesora i przydziela kolejny

kwant czasu innemu w

ą

tkowi.

Java jest j

ę

zykiem wieloplatformowym, a ró

ż

ne systemy operacyjne stosuj

ą

ró

ż

ne

mechanizmy udost

ę

pniania w

ą

tkom procesora. Programy wielow

ą

tkowe powinny by

ć

tak pisane, by działały zarówno w

ś

rodowisku „współpracy” jak i „wywłaszczania”

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

4 / 37

Tworzenie i uruchamianie w

ą

tków

Uruchamianiem w

ą

tków i zarz

ą

dzaniem nimi zajmuje si

ę

klasa

Thread

.

Aby uruchomi

ć

w

ą

tek, nale

ż

y utworzy

ć

obiekt klasy

Thread

i dla tego obiektu wywoła

ć

metod

ę

start()

.

Kod wykonuj

ą

cy si

ę

jako w

ą

tek – sekwencja działa

ń

wykonuj

ą

ca si

ę

równolegle z

innymi działaniami programu – okre

ś

lany jest przez obiekt implementuj

ą

cy interfejs

Runnable

, który zawiera deklaracj

ę

metody

run()

.

Metoda

run()

okre

ś

la to co ma robi

ć

w

ą

tek.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

5 / 37

Główne metody klasy

Thread

1. Uruchamianie i zatrzymywanie w

ą

tków:

start

- uruchomienie w

ą

tku,

stop

– zako

ń

czenie w

ą

tku (metoda niezalecana),

run

- kod wykonywany w ramach w

ą

tku.

2. Identyfikacja w

ą

tków:

currentThread

- metoda zwraca identyfikator w

ą

tku bie

żą

cego,

setName

- ustawienie nazwy w

ą

tku,

getName

-odczytanie nazwy w

ą

tku,

isAlive

- sprawdzenie czy w

ą

tek działa,

toString

- uzyskanie atrybutów w

ą

tku.

3. Priorytety i szeregowanie w

ą

tków:

getPriority

- odczytanie priorytetu w

ą

tku,

setPriority

- stawienie priorytetu w

ą

tku,

yield

- wywołanie szeregowania.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

6 / 37

Główne metody klasy

Thread

c.d.

4. Synchronizacja w

ą

tków:

sleep

zawieszenie wykonania w

ą

tku na dany okres czasu,

join

- czekanie na zako

ń

czenie innego w

ą

tku,

wait

- czekanie w monitorze,

notify

- odblokowanie w

ą

tku zablokowanego na monitorze,

notifyAll

- odblokowanie wszystkich w

ą

tków zablokowanych na

monitorze,

interrupt

- odblokowanie zawieszonego w

ą

tku,

suspend

- zablokowanie w

ą

tku,

resume

- odblokowanie w

ą

tku zawieszonego przez

suspend

,

setDaemon

- ustanowienie w

ą

tku demonem,

isDaemon

- testowanie czy w

ą

tek jest demonem.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

7 / 37

Tworzenie w

ą

tków

Mo

ż

liwe s

ą

dwa sposoby tworzenia nowego w

ą

tku:

poprzez dziedziczenie klasy

Thread

poprzez implementacj

ę

interfejsu

Runnable

.

Sposób drugi stosujemy wówczas, gdy klasa reprezentuj

ą

ca w

ą

tek musi dziedziczy

ć

po innej ni

ż

Thread

klasie (Java nie dopuszcza dziedziczenia wielobazowego).

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

8 / 37

Tworzenie w

ą

tku – dziedziczenie klasy

Thread

Aby utworzy

ć

w

ą

tek jako klasa potomna od klasy

Thread

nale

ż

y:

1. Utworzy

ć

now

ą

klas

ę

(na przykład o nazwie

Tklasa

) jako potomn

ą

klasy

Thread

i nadpisa

ć

metod

ę

run()

klasy macierzystej. Metoda ta ma zawiera

ć

kod do

wykonania w ramach tworzonego w

ą

tku.

class TKlasa extends Thread {

....
void run() {
// Kod w

ą

tku

}
....
}

2. Utworzy

ć

obiekt nowej klasy

Tklasa

(na przykład

thr

):

TKlasa thr = new TKlasa(...);

3. Wykona

ć

metod

ę

start()

klasy

TKlasa

dziedziczon

ą

z klasy macierzystej:

thr.start();

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

9 / 37

Tworzenie w

ą

tku – dziedziczenie klasy

Thread

class

NowyWatek

extends

Thread

{

public

void

run()

{ System.out.println(

" Nowy watek : POCZATEK"

);

try

{

for

(

int

i = 5; i > 0; i--)

{ System.out.println(

" Nowy watek: "

+ i);

Thread.sleep(500);
}
}

catch

(InterruptedException e) {}

System.out.println(

" Nowy watek : KONIEC"

);

}
}

class

GlownyWatek

{

public

static

void

main(String args[])

{ System.out.println(

" Glowny watek: POCZATEK"

);

System.out.println(

" Glowny watek: Tworze Nowy Watek"

);

NowyWatek nowyWatek =

new

NowyWatek();

System.out.println(

" Glowny watek: Uruchamiam Nowy watek"

);

nowyWatek.start();

try

{

for

(

int

i = 5; i > 0; i--)

{ System.out.println(

" Glowny watek: "

+ i);

Thread.sleep(1000);
}
}

catch

(InterruptedException e) {}

System.out.println(

" Glowny watek: KONIEC"

);

}
}

tworzenie

nowego watka

uruchomienie

nowego watka

działanie

nowego watka

działanie

głównego

watka

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

10 / 37

Tworzenie w

ą

tku – dziedziczenie klasy

Thread

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

11 / 37

Tworzenie w

ą

tku – implement. interfejsu

Runnable

Aby utworzy

ć

w

ą

tek korzystaj

ą

c z interfejsu

Runnable

nale

ż

y:

1. Utworzy

ć

now

ą

klas

ę

(np. o nazwie

RKlasa

) dziedzicz

ą

c

ą

po interesuj

ą

cej na

innej klasie (np. o nazwie

InnaKlasa

) i implementuj

ą

c

ą

interfejs

Runnable

. W

ramach tej nowej klasy utworzy

ć

metod

ę

run()

, która wykonywała b

ę

dzie

żą

dane

czynno

ś

ci.

class RKlasa extends InnaKlasa implements Runnable {
public void run() {
// Zawarto

ść

metody run

}
}

2. Utworzy

ć

obiekt tej nowej klasy

Rklasa r1 = new RKlasa();

3. Utworzy

ć

obiekt klasy

Thread

przekazuj

ą

c obiekt wcze

ś

niej utworzonej klasy

jako parametr konstruktora klasy

Thread

.

Thread t1 = new Thread(r1);

4. Uruchomi

ć

watek wykonuj

ą

c metod

ę

start()

klasy

Thread

.

t1.start();

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

12 / 37

Tworzenie w

ą

tku – implement. interfejsu

Runable

class

NowyWatek

implements

Runnable

{

public

void

run()

{ System.out.println(

" Nowy watek : POCZATEK"

);

try

{

for

(

int

i = 5; i > 0; i--)

{ System.out.println(

" Nowy watek: "

+ i);

Thread.sleep(500);
}
}

catch

(InterruptedException e) {}

System.out.println(

" Nowy watek : KONIEC"

);

} }

class

GlownyWatek

{

public

static

void

main(String args[])

{ System.out.println(

" Glowny watek: POCZATEK"

);

System.out.println(

" Glowny watek: Tworze Nowy watek"

);

NowyWatek nowyWatek =

new

NowyWatek();

Thread thread =

new

Thread(nowyWatek);

System.out.println(

" Glowny watek: Uruchamiam Nowy watek"

);

thread.start();

try

{ for(int i = 5; i > 0; i--)

{ System.out.println(

" Glowny watek: "

+ i);

Thread.sleep(1000);
}
}

catch

(InterruptedException e) {}

System.out.println(

" Glowny watek: KONIEC"

);

} }

działanie

nowego watka

tworzenie

nowego watka

uruchomienie

nowego watka

działanie

głównego

watka

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

13 / 37

Ko

ń

czenie pracy w

ą

tku

W

ą

tek ko

ń

czy prac

ę

w sposób naturalny gdy zako

ń

czy si

ę

jego metoda

run()

.

Wykonanie metody

stop()

powoduje zatrzymanie innego w

ą

tku. Gdy

zatrzymywany w

ą

tek znajduje si

ę

wewn

ą

trz monitora to wej

ś

cie do tego monitora

zostaje odblokowane. Metoda ta jest wycofana (istnieje ale u

ż

ycie jej nie jest zalecane).

Powodem jest fakt

ż

e wywołuj

ą

c te metod

ę

nie wiemy w jakim stanie jest zatrzymywany

w

ą

tek. Gdy wykonuje jakie

ś

krytyczne operacje mo

ż

e pozostawi

ć

obiekt w

nieprawidłowym stanie.

Je

ś

li chcemy programowo zako

ń

czy

ć

prac

ę

w

ą

tku, powinni

ś

my zapewni

ć

w

metodzie

run()

sprawdzanie warunku zako

ń

czenia (ustalanego programowo) i je

ś

li

warunek ten jest spełniony, spowodowa

ć

wyj

ś

cie z metody

run()

. Warunek

zako

ń

czenia mo

ż

e by

ć

formułowany w postaci jakiej

ś

zmiennej, która jest ustalana przez

inne fragmenty kodu programu (wykonywane w innym w

ą

tku).

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

14 / 37

Ko

ń

czenie pracy w

ą

tku - przykład

class

NowyWatek

extends

Thread

{

boolean

zakoncz =

false

;

public

void

run()

{ System.out.println(

" Nowy watek : POCZATEK"

);

while

(zakoncz==

false

)

{

try

{ sleep(200);

}

catch

(InterruptedException e) {}

System.out.print(

" ."

);

}
System.out.println(

"\n Nowy watek : KONIEC"

);

}
}

class

GlownyWatek

{

public

static

void

main(String args[])

{ System.out.println(

" Glowny watek: POCZATEK"

);

System.out.println(

" Glowny watek: Tworze Nowy watek"

);

NowyWatek nowyWatek =

new

NowyWatek();

nowyWatek.start();

try

{ Thread.sleep(10000);

}

catch

(InterruptedException e) {}

nowyWatek.zakoncz =

true

;

try

{ Thread.sleep(2000);

}

catch

(InterruptedException e) {}

System.out.println(

" Glowny watek: KONIEC"

);

}
}

testowanie warunku

zako

ń

czenia watka

wymuszenie warunku

zako

ń

czenia watka

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

15 / 37

Ko

ń

czenie pracy w

ą

tku - przykład

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

16 / 37

Stany w

ą

tków

W

ą

tek mo

ż

e znajdowa

ć

si

ę

w jednym z czterech stanów:

utworzony

(ang. new thread) - obiekt w

ą

tku został ju

ż

utworzony ale nie

wykonano metody

start()

, a wi

ę

c w

ą

tek nie jest jeszcze szeregowany,

wykonywalny

(ang. runnable) - W

ą

tek posiada wszystkie zasoby aby by

ć

wykonywany. B

ę

dzie wykonywany gdy tylko procedura szereguj

ą

ca przydzieli

mu procesor,

zablokowany

(ang. blocked) -W

ą

tek nie mo

ż

e by

ć

wykonywany gdy

ż

brakuje

mu pewnych zasobów. Dotyczy to w szczególno

ś

ci operacji synchronizacyjnych

(w

ą

tek zablokowany na wej

ś

ciu do monitora, operacje

wait

,

sleep

,

join

) i

operacji wej

ś

cia wyj

ś

cia,

zako

ń

czony

(ang. dead) - Stan po wykonaniu metody

stop()

. Zalecanym

sposobem ko

ń

czenia w

ą

tku jest zako

ń

czeni metody

run()

.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

17 / 37

Stany w

ą

tków

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

18 / 37

Stany w

ą

tków

Przej

ś

cie od stanu

wykonywalny

do

zablokowany

nast

ę

puje gdy:

1. w

ą

tek chce wej

ść

do zablokowanego monitora

2. wykonana została metoda

wait()

,

join()

,

suspend()

3. wywołano metod

ę

sleep(...)

4. w

ą

tek wykonał operacj

ę

wej

ś

cia / wyj

ś

cia.

Powrót od stanu

zablokowany

do

wykonywany

nast

ę

puje gdy:

1. monitor został odblokowany

2. inny w

ą

tek wykonał operacja odblokowania zablokowanego w

ą

tku – wywołał

metod

ę

notify()

,

notifyAll()

,

resume()

,

interrupt()

3. gdy w

ą

tek zako

ń

czył wykonywanie metody

sleep()

– upłyn

ą

ł zadany interwał

czasu.

4. je

ż

eli w

ą

tek czekał na zako

ń

czenie operacji wej

ś

cia / wyj

ś

cia – operacja ta si

ę

zako

ń

czyła

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

19 / 37

Synchronizacja w

ą

tków - przykład

Pytanie:

Jak

ą

warto

ść

zwróci metoda

balance()

?

class Balance

{

private int number = 0;

public int balance()

{ number++;

number--;

return number;

}

}

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

20 / 37

Synchronizacja w

ą

tków – przykład c.d.

Zmiany warto

ś

ci zmiennej

number

gdy wykonywany jest tylko jeden w

ą

tek:

Warto

ś

ci zmiennej

number

wykonywane instrukcje

w w

ą

tku

0

. . .

0

balance(){

0

number++;

1

number--;

0

return number;
}

0

. . .

zwróci

warto

ść

0

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

21 / 37

Synchronizacja w

ą

tków – przykład c.d.

Zmiany warto

ś

ci zmiennej

number

gdy wykonywane s

ą

dwa w

ą

tki:

Warto

ś

ci zmiennej

number

wykonywane instrukcje

w pierwszym w

ą

tku

wykonywane instrukcje

w drugim w

ą

tku

0

. . .

0

balance(){

0

number++;

1

number--;

0

return number;
}

0

. . .

0

. . .

0

balance(){

0

number++;

1

number--;

0

return number;
}

0

. . .

zwróci

warto

ść

0

zwróci

warto

ść

0

wywłaszczenie

pierwszego

w

ą

tka

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

22 / 37

Synchronizacja w

ą

tków – przykład c.d.

Zmiany warto

ś

ci zmiennej

number

gdy wykonywane s

ą

dwa w

ą

tki:

Warto

ś

ci zmiennej

number

wykonywane instrukcje

w pierwszym w

ą

tku

wykonywane instrukcje

w drugim w

ą

tku

0

. . .

0

balance(){

0

number++;

1

. . .

1

balance(){

1

number++;

2

number--;

1

return number;
}

1

. . .

1

number--;

0

return number;
}

0

. . .

zwróci

warto

ść

0

wywłaszczenie

pierwszego

w

ą

tka

zwróci

warto

ść

1

wywłaszczenie

drugiego w

ą

tka

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

23 / 37

Synchronizacja w

ą

tków

– przykład c.d.

Zawsze musimy si

ę

liczy

ć

z tym,

ż

e w

ą

tki operuj

ą

ce na współdzielonych zmiennych

mog

ą

by

ć

wywłaszczone w trakcie operacji (nawet pojedynczej) i wobec tego stan

współdzielonej zmiennej mo

ż

e okaza

ć

si

ę

niespójny.

Testowanie programów wielow

ą

tkowych jest trudne, bowiem mo

ż

emy wiele

razy otrzyma

ć

wyniki, które wydaj

ą

si

ę

ś

wiadczy

ć

o poprawno

ś

ci programu,

a przy kolejnym uruchomieniu oka

ż

e si

ę

,

ż

e wynik jest nieprawidłowy.

Wyniki uruchamiania programów wielow

ą

tkowych mog

ą

by

ć

tak

ż

e ró

ż

ne

na ró

ż

nych platformach systemowych.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

24 / 37

Synchronizacja w

ą

tków

Komunikacja mi

ę

dzy w

ą

tkami opiera si

ę

na

wspólnej pami

ę

ci

. W takim przypadku

wyst

ę

puje zjawisko wy

ś

cigów.

Wy

ś

cigi

(ang. race conditions) – wynik działania procedur wykonywanych przez

w

ą

tki zale

ż

y od kolejno

ś

ci ich wykonania.

Gdy kilka w

ą

tków ma dost

ę

p do wspólnych danych i przynajmniej jeden je

modyfikuje wyst

ę

puje konieczno

ść

synchronizowania dost

ę

pu do wspólnych danych.

Synchronizacja

jest mechanizmem, który zapewnia,

ż

e kilka wykonuj

ą

cych si

ę

w

ą

tków:

nie b

ę

dzie równocze

ś

nie działa

ć

na tym samym obiekcie,

nie b

ę

dzie równocze

ś

nie wykonywa

ć

tego samego kodu.

Kod, który mo

ż

e by

ć

wykonywany w danym momencie tylko przez jeden w

ą

tek,

nazywa si

ę

sekcj

ą

krytyczn

ą

. W Javie sekcje krytyczne wprowadza si

ę

jako bloki lub

metody synchronizowane.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

25 / 37

Synchronizacja w

ą

tków - monitory

Ka

ż

dy egzemplarz klasy

Object

i jej podklas posiada

monitor

(ang. lock), który

ogranicza dost

ę

p do obiektu. Blokowanie obiektów jest sterowane słowem kluczowym

synchronized

.

Synchronizacja w Javie mo

ż

e by

ć

wykonana na poziomie:

metod – słowo kluczowe

synchronized

wyst

ę

puje przy definiowaniu metody:

public synchronized int balance()

{...}

instrukcji - słowo kluczowe

synchronized

wyst

ę

puje przy definiowaniu bloku

instrukcji:

synchronized( number )
{ number++;
number--;
}

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

26 / 37

Synchronizacja w

ą

tków

Kiedy w

ą

tek wywołuje na rzecz jakiego

ś

obiektu metod

ę

synchronizowan

ą

,

automatycznie zamykany jest monitor (obiekt jest zajmowany przez w

ą

tek). Inne w

ą

tki

usiłuj

ą

ce wywoła

ć

na rzecz tego obiektu metod

ę

synchronizowan

ą

(niekoniecznie t

ą

sam

ą

) lub usiłuj

ą

ce wykona

ć

instrukcj

ę

synchronized

z podan

ą

referencj

ą

do

zaj

ę

tego obiektu s

ą

blokowane i czekaj

ą

na zako

ń

czenie wykonywania metody lub

instrukcji

synchronized

przez w

ą

tek, który zaj

ą

ł obiekt (zamkn

ą

ł monitor).

Dowole zako

ń

czenie wykonywania metody synchronizowanej lub instrukcji

synchronized

zwalnia monitor, daj

ą

c czekaj

ą

cym w

ą

tkom mo

ż

liwo

ść

dost

ę

pu do

obiektu.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

27 / 37

Koordynacja w

ą

tków

Koordynacja w

ą

tków polega na zapewnieniu wła

ś

ciwej kolejno

ś

ci działa

ń

wykonywanych przez ró

ż

ne w

ą

tki na wspólnym zasobie. Do koordynacji w

ą

tków stosuje

si

ę

nast

ę

puj

ą

ce metody:

wait()

,

notify()

,

notifyAll().

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

28 / 37

Metoda

wait()

public final void wait();

public final void wait(long timeout);

public final void wait(long timeout,int nanos)

throws InterruptedException

Wykonanie metody powoduje zawieszenie bie

żą

cego w

ą

tku do czasu gdy inny

watek nie wykona metody

notify()

lub

notifyAll()

odnosz

ą

cej si

ę

do w

ą

tku, który

wykonał

wait()

. W

ą

tek wykonuj

ą

cy

wait(...)

musi by

ć

w posiadaniu monitora

dotycz

ą

cego synchronizowanego obiektu. Wykonanie

wait(...)

powoduje zwolnienie

monitora.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

29 / 37

Metoda

notify()

public final void notify();

Metoda powoduje odblokowanie jednego z w

ą

tków zablokowanych na monitorze

pewnego obiektu poprzez

wait()

. Który z czekaj

ą

cych w

ą

tków b

ę

dzie odblokowany nie

jest w definicji metody okre

ś

lone.

Odblokowany w

ą

tek nie b

ę

dzie natychmiast wykonywany – musi on jeszcze

zaczeka

ć

a

ż

zwolniona b

ę

dzie przez bie

żą

cy w

ą

tek blokada monitora. Odblokowany

w

ą

tek b

ę

dzie konkurował z innymi o nabycie blokady monitora. Metoda mo

ż

e by

ć

wykonana tylko przez w

ą

tek, który jest wła

ś

cicielem zajmuje monitor obiektu.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

30 / 37

Metoda

notifyAll()

public final void notifyAll()

Metoda powoduje odblokowanie wszystkich w

ą

tków zablokowanych na monitorze

pewnego obiektu poprzez uprzednie wykonanie

wait()

.

W

ą

tki b

ę

d

ą

jednak czekały a

ż

w

ą

tek bie

żą

cy nie zwolni blokady monitora.

Odblokowane w

ą

tki b

ę

d

ą

konkurowały o nabycie blokady monitora.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

31 / 37

Przykład koordynacji: Problem producent - konsument

.

Kilku producentów i konsumentów korzysta ze wspólnego zasobu jakim jest bufor.

Ka

ż

dy producent co pewien czas generuje liczby i umieszcza je w buforze.

Ka

ż

dy konsument co pewien czas pobiera liczb

ę

z bufora i wy

ś

wietla j

ą

na

ekranie.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

32 / 37

Przykład koordynacji: Problem producent - konsument

.

Ograniczenia:

1. Z bufora mo

ż

e korzysta

ć

w jedej chwili tylko jeden producent lub konsument,

2. Producent mo

ż

e umie

ś

ci

ć

liczb

ę

w buforze tylko wówczas, gdy bufor jest pusty.

W przeciwnym wypadku Producent musi czeka

ć

, a

ż

konsument zwolni miejsce

w buforze.

3. Konsument mo

ż

e pobra

ć

liczb

ę

z bufra tylko wtedy, gdy bufor nie jest pusty.

W przeciwnym wypadku konsument musi czeka

ć

ąż

jaki

ś

producent umie

ś

ci w

buforze liczb

ę

.

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

33 / 37

Klasa

Producent

public class Producent extends Thread
{
private Bufor buf;
private int number;

public Producent(Bufor c, int number)
{ buf = c;
this.number = number;
}

public void run()
{ for (int i = 0; i < 10; i++)
{

buf.put(i);

System.out.println("Producent #" +
this.number + " put: " + i);
try {
sleep((int)(Math.random() * 100));
} catch (InterruptedException e) { }
}
}
}

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

34 / 37

Klasa

Konsument

public class Konsument extends Thread
{
private Bufor buf;
private int number;

public Konsument(Bufor c, int number)
{ buf = c;
this.number = number;
}

public void run()
{ int value = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{

value = buf.get();

System.out.println("Konsument #" +
this.number + " got: " + value);
}
}
}

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

35 / 37

Klasa

ProducentKonsumentTest

public class ProducentConsumentTest
{
public static void main(String[] args)
{
Bufor c = new Bufor();

Producent p1 = new Producent(c, 1);
Konsument c1 = new Konsument(c, 1);

p1.start();
c1.start();
}
}

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

36 / 37

Klasa

Bufor

– metoda

get()

public class Bufor
{
private int contents;
private boolean available = false;

public synchronized int get()
{
while (available == false)
{
try {

wait();

} catch (InterruptedException e) { }
}
available = false;

notifyAll();

return contents;
}

J

ę

zyka Java – w

ą

tki

Autor: Paweł Rogali

ń

ski – Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki PWr

37 / 37

Klasa

Bufor

– metoda

put()

public synchronized void put(int value)
{
while (available == true)
{
try {

wait();

} catch (InterruptedException e) { }
}

contents = value;
available = true;

notifyAll();

}

}