multithreading – vícevláknovosthunka/vyuka/javaoop/obop2/jvcv09/threads.pdf · • java má...

1

Multithreading – vícevláknovost

• aktivní objekty a jejich životní pravidla

• práce s vlákny

• prostředky pro paralelní programování

• vlákna – podprocesy, sdílejí datové zdroje

• s konkurentností (souběžností) se setkáváme v API – specifikaci - aplikace obsahuje běhovávlákna, kde každé vlákno určuje část programu, který může běžet souběžně s ostatními vlákny

2

Obsah p řednášky

1. Úvod

2. Vlákno

3. Implementace vlákna

4. Vlákna uživatele a démoni

5. Priority vláken, plánování běhu vláken

6. Stavy vláken

7. Metoda jion()

8. Synchronizace vláken

9. Komunikace mezi vlákny

10. Deadlock uváznutí

3

1 Úvod

• Concurrency (souběžnost) - normálně dostupná v primitivních operacích operačního systému

• Java má podporu pro vícevláknové zpracovánízabudovanou v sobě (provides built-in multithreading)– Multithreading zlepšuje výkonnost některých programů

např. browserů a těch, kde je souběžnost implicitní

– Úlohy na prohledávání, vykreslování mohou využít svůj implicitní charakter souběžnosti

4Procesy & vlákna

Kód Data

Status procesuZdroje

Abstraktní prost ředí stroje (OS)

Proces

5

Procesy & vlákna

Data

Status vlákna

Vlákna

DataText programu

Status procesuZdroje

Heavyweight process

lightweight processes

6

2 Vlákno - thread

• Vlákno je podobné sekvenčním programům

• Samotné vlákno není program; nemůže běžet samo o sobě; vlákno spíše běží uvnitř programu

• Vlákno je jeden sekvenční tok řízení v kontextu programu

• Hlavní využití vláken není v použití jednoho sekvenčního vlákna, ale ve využití více vláken běžících ve stejném čase, vykonávající různéúlohy daného programu.

7

Program - vlákno

ProgramVlákno

Vlákno spuštěné v kontextu programu

Dvě vlákna

Dvě vlákna současně spuštěná v kontextu jednoho programu

Program

8

Vlákno

• Někdy se vlákna proto nazývajílightweightprocess a procesy (heavyweight process)

• Vlákno je podobné procesu reálného světa – májeden sekvenční tok řízení

• Avšak – vlákno se nazýválightweight, protože „běží“ uvnitř kontextu programu a využívávýhody, že zdroje jsou přiděleny programu a jeho prostředí.

• Vlákno si musí pro sebe získat některé zdroje uvnitř běžícího programu.

9

Vlákno

• Vlákno má vlastnízásobník běhu (execution stack) a čítač programu(program counter)

• Kód prováděný ve vlákně funguje pouze tomto kontextu (kontextu programu).

• Program má vždy alespoň jedno vlákno, to jedno začíná od metody main(). (main vlákno)

• Když program vytvoří vlákno, je toto nové vlákno vytvořeno navíc k vláknu, které jej vytvořilo.

• Každé další vytvořené vlákno (mimo implicitnívlákno main) je představováno objektem třídy Thread, balíčku java.lang.Thread.

Osnova10

Jednoduchý příklad – subclassing(dědičnost)

import import import import java.io.IOExceptionjava.io.IOExceptionjava.io.IOExceptionjava.io.IOException;;;;

public class public class public class public class TryThreadTryThreadTryThreadTryThread extends Threadextends Threadextends Threadextends Thread {{{{

private String private String private String private String firstNamefirstNamefirstNamefirstName; // Store for first name; // Store for first name; // Store for first name; // Store for first name

private String private String private String private String secondNamesecondNamesecondNamesecondName; // Store for second name; // Store for second name; // Store for second name; // Store for second name

private long private long private long private long aWhileaWhileaWhileaWhile; // Delay in milliseconds; // Delay in milliseconds; // Delay in milliseconds; // Delay in milliseconds

// konstruktor// konstruktor// konstruktor// konstruktor

public public public public TryThread(StringTryThread(StringTryThread(StringTryThread(String firstNamefirstNamefirstNamefirstName, String , String , String , String secondNamesecondNamesecondNamesecondName, long delay), long delay), long delay), long delay)

{{{{

this.firstNamethis.firstNamethis.firstNamethis.firstName = = = = firstNamefirstNamefirstNamefirstName; // Store the first name; // Store the first name; // Store the first name; // Store the first name

this.secondNamethis.secondNamethis.secondNamethis.secondName = = = = secondNamesecondNamesecondNamesecondName; // Store the second name; // Store the second name; // Store the second name; // Store the second name

aWhileaWhileaWhileaWhile = delay; // Store the delay= delay; // Store the delay= delay; // Store the delay= delay; // Store the delay

setDaemon(truesetDaemon(truesetDaemon(truesetDaemon(true); ); ); ); // Thread is daemon// Thread is daemon// Thread is daemon// Thread is daemon

}}}}

public static void public static void public static void public static void main(Stringmain(Stringmain(Stringmain(String[] [] [] [] argsargsargsargs))))

{{{{

// Create three threads// Create three threads// Create three threads// Create three threads

Thread first = new Thread first = new Thread first = new Thread first = new TryThread("HopalongTryThread("HopalongTryThread("HopalongTryThread("Hopalong ", "Cassidy ", 200L);", "Cassidy ", 200L);", "Cassidy ", 200L);", "Cassidy ", 200L);

Thread second = new Thread second = new Thread second = new Thread second = new TryThread("MarilynTryThread("MarilynTryThread("MarilynTryThread("Marilyn ", "Monroe ", 300L);", "Monroe ", 300L);", "Monroe ", 300L);", "Monroe ", 300L);

Thread third = new Thread third = new Thread third = new Thread third = new TryThread("SlimTryThread("SlimTryThread("SlimTryThread("Slim ", "Pickens ", 500L);", "Pickens ", 500L);", "Pickens ", 500L);", "Pickens ", 500L);

System.out.println("PressSystem.out.println("PressSystem.out.println("PressSystem.out.println("Press Enter when you have had enough...Enter when you have had enough...Enter when you have had enough...Enter when you have had enough...\\\\n");n");n");n");

first.startfirst.startfirst.startfirst.start(); (); (); (); // Start the first thread// Start the first thread// Start the first thread// Start the first thread

second.startsecond.startsecond.startsecond.start(); (); (); (); // Start the second thread// Start the second thread// Start the second thread// Start the second thread

third.startthird.startthird.startthird.start(); (); (); (); // Start the third thread// Start the third thread// Start the third thread// Start the third thread

Osnova11

sleep() – uvolníprocesor, ale neuvolní objekty, které jsou aktuálním vláknem uzamknuty

trytrytrytry {{{{

System.in.System.in.System.in.System.in.readreadreadread();();();(); // Wait // Wait // Wait // Wait untiluntiluntiluntil EnterEnterEnterEnter keykeykeykey pressedpressedpressedpressed

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln("("("("EnterEnterEnterEnter pressedpressedpressedpressed............\\\\n");n");n");n");

} } } }

catchcatchcatchcatch ((((IOExceptionIOExceptionIOExceptionIOException e) // Handle IO e) // Handle IO e) // Handle IO e) // Handle IO exceptionexceptionexceptionexception

{{{{

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln(e); // (e); // (e); // (e); // OutputOutputOutputOutput thethethethe exceptionexceptionexceptionexception

}}}}

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln("("("("EndingEndingEndingEnding mainmainmainmain()");()");()");()");

returnreturnreturnreturn;;;;

}}}}

// // // // MethodMethodMethodMethod wherewherewherewhere threadthreadthreadthread executionexecutionexecutionexecution willwillwillwill startstartstartstart

public public public public voidvoidvoidvoid run() {run() {run() {run() {

trytrytrytry {{{{

whilewhilewhilewhile((((truetruetruetrue ) // ) // ) // ) // LoopLoopLoopLoop indefinitelyindefinitelyindefinitelyindefinitely............

{{{{

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printprintprintprint((((firstNamefirstNamefirstNamefirstName); // ); // ); // ); // OutputOutputOutputOutput firstfirstfirstfirst namenamenamename

sleepsleepsleepsleep((((aWhileaWhileaWhileaWhile); // Wait ); // Wait ); // Wait ); // Wait aWhileaWhileaWhileaWhile msecmsecmsecmsec....

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printprintprintprint((((secondNamesecondNamesecondNamesecondName + "+ "+ "+ "\\\\n"); // n"); // n"); // n"); // OutputOutputOutputOutput secondsecondsecondsecond namenamenamename

}}}}

}}}}

catchcatchcatchcatch((((InterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedException e) // Handle e) // Handle e) // Handle e) // Handle threadthreadthreadthread interruptioninterruptioninterruptioninterruption

{{{{

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln((((firstNamefirstNamefirstNamefirstName + + + + secondNamesecondNamesecondNamesecondName + e); + e); + e); + e);

// // // // OutputOutputOutputOutput thethethethe exceptionexceptionexceptionexception

}}}}

}}}}

}}}}

Osnova12

Press Enter when you have had enough...Press Enter when you have had enough...Press Enter when you have had enough...Press Enter when you have had enough...

HopalongHopalongHopalongHopalong Marilyn Marilyn Marilyn Marilyn

Slim Cassidy Slim Cassidy Slim Cassidy Slim Cassidy

HopalongHopalongHopalongHopalong Monroe Monroe Monroe Monroe

Marilyn Cassidy Marilyn Cassidy Marilyn Cassidy Marilyn Cassidy

HopalongHopalongHopalongHopalong Pickens Pickens Pickens Pickens





Marilyn Pickens Marilyn Pickens Marilyn Pickens Marilyn Pickens


HopalongHopalongHopalongHopalong Cassidy Cassidy Cassidy Cassidy


Marilyn Marilyn Marilyn Marilyn

Enter pressed...Enter pressed...Enter pressed...Enter pressed...

Ending main()Ending main()Ending main()Ending main()

13Jednoduchý p říkladimplementace rozhraní Runnable

• vlákno main načte počet opakování zadaný uživatelem

• hlavní program (vlákno main) vytvoří instanci theApp, která vykoná metodu doIt()

• v metodě doIt se vytvoří vlákno na které odkazuje proměnnát

Thread first = new Thread(“Jak”,”se”,45L);

Thread t = new Thread(this);

• v prvém případě - defaultní běhuschopný cíl

• ve druhém odkazuje na třídu, jejíž objekt implementoval metodu run()

Osnova14

Výsledky aplikace:

Prvni vlaknoDruhe vlaknoPrvni vlaknoDruhe vlaknoPrvni vlaknoDruhe vlakno

Na různých JVM -různé

classclassclassclass ThreadEx1 ThreadEx1 ThreadEx1 ThreadEx1 implementsimplementsimplementsimplements RunnableRunnableRunnableRunnable {{{{

private static private static private static private static intintintint howManyhowManyhowManyhowMany;;;;

private private private private voidvoidvoidvoid doItdoItdoItdoIt() {() {() {() {

ThreadThreadThreadThread t = t = t = t = newnewnewnew ThreadThreadThreadThread( ( ( ( thisthisthisthis ););););

t.start(); //*** startuje nove t.start(); //*** startuje nove t.start(); //*** startuje nove t.start(); //*** startuje nove vytvorenevytvorenevytvorenevytvorene vlaknovlaknovlaknovlakno

forforforfor ( ( ( ( intintintint i = 0; i < i = 0; i < i = 0; i < i = 0; i < howManyhowManyhowManyhowMany; i++ ); i++ ); i++ ); i++ )

System.System.System.System.outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( "( "( "( "Prvni Prvni Prvni Prvni vlaknovlaknovlaknovlakno" );" );" );" );

}}}}

public public public public voidvoidvoidvoid run() {run() {run() {run() { //*** implementace metody run()//*** implementace metody run()//*** implementace metody run()//*** implementace metody run()

forforforfor ( ( ( ( intintintint i = 0; i < i = 0; i < i = 0; i < i = 0; i < howManyhowManyhowManyhowMany; i++ ); i++ ); i++ ); i++ )

System.System.System.System.outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( "( "( "( "Druhe Druhe Druhe Druhe vlaknovlaknovlaknovlakno" );" );" );" );

} } } } //*** t se //*** t se //*** t se //*** t se zastavizastavizastavizastavi, kdy, kdy, kdy, kdyžžžž se dostane na konec run()se dostane na konec run()se dostane na konec run()se dostane na konec run()

public static public static public static public static voidvoidvoidvoid mainmainmainmain( ( ( ( StringStringStringString[ ] [ ] [ ] [ ] argsargsargsargs ) ) ) ) throwsthrowsthrowsthrows ExceptionExceptionExceptionException {{{{

ifififif ( ( ( ( argsargsargsargs....lengthlengthlengthlength < 1 ) < 1 ) < 1 ) < 1 )

throwthrowthrowthrow newnewnewnew ExceptionExceptionExceptionException( ( ( (

""""\\\\nnnn\\\\nInvokenInvokenInvokenInvoke as: ThreadEx1 <as: ThreadEx1 <as: ThreadEx1 <as: ThreadEx1 <howhowhowhow many many many many iterationsiterationsiterationsiterations>>>>\\\\n" );n" );n" );n" );

howManyhowManyhowManyhowMany = = = = newnewnewnew IntegerIntegerIntegerInteger( ( ( ( argsargsargsargs[ 0 ] ).[ 0 ] ).[ 0 ] ).[ 0 ] ).intValueintValueintValueintValue();();();();

ThreadEx1 ThreadEx1 ThreadEx1 ThreadEx1 theApptheApptheApptheApp = = = = newnewnewnew ThreadEx1();ThreadEx1();ThreadEx1();ThreadEx1();

theApptheApptheApptheApp....doItdoItdoItdoIt();();();();

} //*** } //*** } //*** } //*** mainmainmainmain ThreadThreadThreadThread stopsstopsstopsstops whenwhenwhenwhen mainmainmainmain exitsexitsexitsexits

}}}}

15

Vysv ětlení

• běhuschopný cíl (runnable target) – objekt, jehožtřída implementuje metodu run()

• theApp – je pouze instance vytvořená vláknem main

• this a theApp – se odkazují na stejný objekt třídy ThreadEx1

16

Zastavení vláken

• zastavení vláken se provede prostřednictvím instanční metody interrupted()

• metoda pouze signalizuje vláknu, že je přerušené –vlákno pokračuje ve svéčinnosti dále.

• kontrola příznaku se provádí např. v metoděsleep(). Metoda sleep() kontroluje, zda bylo vlákno přerušeno a pokud ano, vyvolá výjimku typu InterruptedException.

Osnova17

import import import import java.io.IOExceptionjava.io.IOExceptionjava.io.IOExceptionjava.io.IOException;;;;

public class TryThread1 extends Threadpublic class TryThread1 extends Threadpublic class TryThread1 extends Threadpublic class TryThread1 extends Thread

{{{{

private String private String private String private String firstNamefirstNamefirstNamefirstName; // Store for first name; // Store for first name; // Store for first name; // Store for first name

private String private String private String private String secondNamesecondNamesecondNamesecondName; // Store for second name; // Store for second name; // Store for second name; // Store for second name

private long private long private long private long aWhileaWhileaWhileaWhile; // Delay in milliseconds; // Delay in milliseconds; // Delay in milliseconds; // Delay in milliseconds

public TryThread1(String public TryThread1(String public TryThread1(String public TryThread1(String firstNamefirstNamefirstNamefirstName, String , String , String , String secondNamesecondNamesecondNamesecondName, long delay), long delay), long delay), long delay)

{{{{

this.firstNamethis.firstNamethis.firstNamethis.firstName = = = = firstNamefirstNamefirstNamefirstName; // Store the first name; // Store the first name; // Store the first name; // Store the first name

this.secondNamethis.secondNamethis.secondNamethis.secondName = = = = secondNamesecondNamesecondNamesecondName; // Store the second name; // Store the second name; // Store the second name; // Store the second name

aWhileaWhileaWhileaWhile = delay; // Store the delay= delay; // Store the delay= delay; // Store the delay= delay; // Store the delay

////////setDaemon(truesetDaemon(truesetDaemon(truesetDaemon(true); // Thread is daemon); // Thread is daemon); // Thread is daemon); // Thread is daemon

}}}}

public static void public static void public static void public static void main(Stringmain(Stringmain(Stringmain(String[] [] [] [] argsargsargsargs))))

{{{{

// Create three threads// Create three threads// Create three threads// Create three threads

Thread first = new Thread first = new Thread first = new Thread first = new TryThread("HopalongTryThread("HopalongTryThread("HopalongTryThread("Hopalong ", "Cassidy ", 200L);", "Cassidy ", 200L);", "Cassidy ", 200L);", "Cassidy ", 200L);

Thread second = new Thread second = new Thread second = new Thread second = new TryThread("MarilynTryThread("MarilynTryThread("MarilynTryThread("Marilyn ", "Monroe ", 300L);", "Monroe ", 300L);", "Monroe ", 300L);", "Monroe ", 300L);

Thread third = new Thread third = new Thread third = new Thread third = new TryThread("SlimTryThread("SlimTryThread("SlimTryThread("Slim ", "Pickens ", 500L);", "Pickens ", 500L);", "Pickens ", 500L);", "Pickens ", 500L);

System.out.println("PressSystem.out.println("PressSystem.out.println("PressSystem.out.println("Press Enter when you have had enough...Enter when you have had enough...Enter when you have had enough...Enter when you have had enough...\\\\n");n");n");n");

first.startfirst.startfirst.startfirst.start(); // Start the first thread(); // Start the first thread(); // Start the first thread(); // Start the first thread

second.startsecond.startsecond.startsecond.start(); // Start the second thread(); // Start the second thread(); // Start the second thread(); // Start the second thread

third.startthird.startthird.startthird.start(); // Start the third thread(); // Start the third thread(); // Start the third thread(); // Start the third thread

Osnova18

trytrytrytry

{{{{

System.in.System.in.System.in.System.in.readreadreadread();();();(); // Wait // Wait // Wait // Wait untiluntiluntiluntil EnterEnterEnterEnter keykeykeykey pressedpressedpressedpressed

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln("("("("EnterEnterEnterEnter pressedpressedpressedpressed............\\\\n");n");n");n");

// // // // InterruptInterruptInterruptInterrupt thethethethe threadsthreadsthreadsthreads

firstfirstfirstfirst....interruptinterruptinterruptinterrupt();();();();

secondsecondsecondsecond....interruptinterruptinterruptinterrupt();();();();

thirdthirdthirdthird....interruptinterruptinterruptinterrupt();();();();

} } } }

catchcatchcatchcatch ((((IOExceptionIOExceptionIOExceptionIOException e) // Handle IO e) // Handle IO e) // Handle IO e) // Handle IO exceptionexceptionexceptionexception

{{{{

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln(e); // (e); // (e); // (e); // OutputOutputOutputOutput thethethethe exceptionexceptionexceptionexception

}}}}

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln("("("("EndingEndingEndingEnding mainmainmainmain()");()");()");()");

returnreturnreturnreturn;;;;

}}}}

// // // // MethodMethodMethodMethod wherewherewherewhere threadthreadthreadthread executionexecutionexecutionexecution willwillwillwill startstartstartstart

Osnova19


trytrytrytry {{{{

whilewhilewhilewhile((((truetruetruetrue ) // ) // ) // ) // LoopLoopLoopLoop indefinitelyindefinitelyindefinitelyindefinitely............

{{{{

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printprintprintprint((((firstNamefirstNamefirstNamefirstName); // ); // ); // ); // OutputOutputOutputOutput firstfirstfirstfirst namenamenamename

sleepsleepsleepsleep((((aWhileaWhileaWhileaWhile); // Wait ); // Wait ); // Wait ); // Wait aWhileaWhileaWhileaWhile msecmsecmsecmsec....

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printprintprintprint((((secondNamesecondNamesecondNamesecondName + "+ "+ "+ "\\\\n"); // n"); // n"); // n"); // OutputOutputOutputOutput secondsecondsecondsecond namenamenamename

}}}}

}}}}

catchcatchcatchcatch((((InterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedException e) // Handle e) // Handle e) // Handle e) // Handle threadthreadthreadthread interruptioninterruptioninterruptioninterruption

{{{{

// // // // OutputOutputOutputOutput thethethethe exceptionexceptionexceptionexception

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln((((firstNamefirstNamefirstNamefirstName + + + + secondNamesecondNamesecondNamesecondName + e); }+ e); }+ e); }+ e); }

}}}}

}}}}

HopalongHopalongHopalongHopalong Pickens Pickens Pickens Pickens

Slim Monroe Slim Monroe Slim Monroe Slim Monroe


HopalongHopalongHopalongHopalong

Cassidy Cassidy Cassidy Cassidy

HopalongHopalongHopalongHopalong Enter pressed...Enter pressed...Enter pressed...Enter pressed...

HopalongHopalongHopalongHopalong Cassidy Cassidy Cassidy Cassidy java.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedException: sleep interrupted: sleep interrupted: sleep interrupted: sleep interrupted

Ending main()Ending main()Ending main()Ending main()

Slim Pickens Slim Pickens Slim Pickens Slim Pickens java.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedException: sleep interrupted: sleep interrupted: sleep interrupted: sleep interrupted

Marilyn Monroe Marilyn Monroe Marilyn Monroe Marilyn Monroe java.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedExceptionjava.lang.InterruptedException: sleep interrupted: sleep interrupted: sleep interrupted: sleep interrupted

20

3 Implementace vlákna

1. Vytvoření podtřídy od třídy Thread a předeklarováním (zastíněním) metody runnew Thread(this).start();

• vlákna jsou vytvořena a odstartovaná uvnitř třídy

2. Implementací rozhraníRunnablenew MyThread().start();

• vytvoří a odstartuje vlákno třídy MyThread, které provede zastíněnou (předeklarovanou) metodu run třídy MyThread

21

Ukon čení programu vícevláknové aplikace

• V metodě run se deklarují tzv. životní pravidla daného vlákna. Pokud se vlákno dostane na konec metody run je jeho „život“ ukončen

• Příklad nekonečné smyčky – vlákno main je ukončeno, některá další vlákna pokračují

Osnova22

classclassclassclass RunForeverRunForeverRunForeverRunForever implementsimplementsimplementsimplements RunnableRunnableRunnableRunnable {{{{

public static public static public static public static voidvoidvoidvoid mainmainmainmain( ( ( ( StringStringStringString[ ] [ ] [ ] [ ] argsargsargsargs ) {) {) {) {

RunForeverRunForeverRunForeverRunForever memememe = = = = newnewnewnew RunForeverRunForeverRunForeverRunForever(); (); (); (); // instance// instance// instance// instance

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( "( "( "( "mainmainmainmain threadthreadthreadthread aboutaboutaboutabout to exit!" );to exit!" );to exit!" );to exit!" );

newnewnewnew ThreadThreadThreadThread( ( ( ( memememe ).start();).start();).start();).start();

} //*** } //*** } //*** } //*** mainmainmainmain exitsexitsexitsexits sosososo mainmainmainmain ThreadThreadThreadThread stopsstopsstopsstops


whilewhilewhilewhile ( ( ( ( truetruetruetrue ) {) {) {) {

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( "2nd ( "2nd ( "2nd ( "2nd ThreadThreadThreadThread sayssayssayssays ''''hihihihi!'..." );!'..." );!'..." );!'..." );

trytrytrytry {{{{

ThreadThreadThreadThread....sleepsleepsleepsleep( 10 ); // pause 10 ( 10 ); // pause 10 ( 10 ); // pause 10 ( 10 ); // pause 10 millisecondsmillisecondsmillisecondsmilliseconds

} } } } catchcatchcatchcatch( ( ( ( InterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedException e ) { e ) { e ) { e ) { SystemSystemSystemSystem....errerrerrerr....printlnprintlnprintlnprintln( e ); }( e ); }( e ); }( e ); }

}}}}

}}}}

}}}}

Osnova23

main thread about to exit!main thread about to exit!main thread about to exit!main thread about to exit!

2nd Thread says 'hi!'...2nd Thread says 'hi!'...2nd Thread says 'hi!'...2nd Thread says 'hi!'...


























244 Vlákna uživatele a démoniUser and Daemon Threads

• Vlákna mohou být dvou typů:– vlákna uživatele (doposud)

– démoni – pokud skončí vlákno main, skončí takémetody:setDeamon(boolean);isDaemon();

Osnova25

classclassclassclass NotRunForeverNotRunForeverNotRunForeverNotRunForever implementsimplementsimplementsimplements RunnableRunnableRunnableRunnable {{{{

//*** //*** //*** //*** vlaknovlaknovlaknovlakno mainmainmainmain je je je je uzivatelskeuzivatelskeuzivatelskeuzivatelske ne ne ne ne vlaknovlaknovlaknovlakno demonudemonudemonudemonu

public static public static public static public static voidvoidvoidvoid mainmainmainmain( ( ( ( StringStringStringString[ ] [ ] [ ] [ ] argsargsargsargs ) { ) { ) { ) {

NotRunForeverNotRunForeverNotRunForeverNotRunForever memememe = = = = newnewnewnew NotRunForeverNotRunForeverNotRunForeverNotRunForever();();();();

ThreadThreadThreadThread t1 = t1 = t1 = t1 = newnewnewnew ThreadThreadThreadThread( ( ( ( memememe ););););

t1.t1.t1.t1.setDaemonsetDaemonsetDaemonsetDaemon( ( ( ( truetruetruetrue ); ); ); ); //*** t1 je //*** t1 je //*** t1 je //*** t1 je demondemondemondemon, ne , ne , ne , ne uzivatelskeuzivatelskeuzivatelskeuzivatelske vlaknovlaknovlaknovlakno

t1.start();t1.start();t1.start();t1.start();

trytrytrytry { { { {

ThreadThreadThreadThread....sleepsleepsleepsleep( 50 ); //*** ( 50 ); //*** ( 50 ); //*** ( 50 ); //*** vlaknovlaknovlaknovlakno mainmainmainmain


SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( "( "( "( "mainmainmainmain threadthreadthreadthread aboutaboutaboutabout to exit!" );to exit!" );to exit!" );to exit!" );

} } } } //*** //*** //*** //*** mainmainmainmain konci, t1 zastavuje, aplikace koncikonci, t1 zastavuje, aplikace koncikonci, t1 zastavuje, aplikace koncikonci, t1 zastavuje, aplikace konci


whilewhilewhilewhile ( ( ( ( truetruetruetrue ) {) {) {) {

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( "2nd ( "2nd ( "2nd ( "2nd ThreadThreadThreadThread sayssayssayssays ''''hihihihi!'..." );!'..." );!'..." );!'..." );

trytrytrytry {{{{

ThreadThreadThreadThread....sleepsleepsleepsleep( 10 ); // pauza 10 milisekund( 10 ); // pauza 10 milisekund( 10 ); // pauza 10 milisekund( 10 ); // pauza 10 milisekund


}}}}

}}}}

}}}}

Osnova26

Výpis aplikace





main thread about to exit!main thread about to exit!main thread about to exit!main thread about to exit!




275 Priority vláken a plánování vlákenThread Priorities and Thread Scheduling

• Java thread priority– Priority v rozsahu 1-10

• Timeslicing dávkováníčasu– Každé vlákno dostane přidělený čas procesoru (nazvaný

kvantum)

– Nechává běžet vlákna s nejvyšší prioritou

– Pravidelná alternace mezi vlákny dané priority

• víceúrovňová fronta s prioritami pro plánováníběhu vláken (další obrázek)

28

Priorita vláken – p říklad plánování

Priority 9

Priority 8

Priority 7

Priority 10

Priority 6

Priority 5

Priority 4

Priority 3

Priority 2

Priority 1

A B

D

C

E F

G

H I

J K

Ready threads

Thread.MIN_PRIORITY

Thread.MAX_PRIORITY

Thread.NORM_PRIORITY

Osnova29

classclassclassclass ThreadPriorityThreadPriorityThreadPriorityThreadPriority implementsimplementsimplementsimplements RunnableRunnableRunnableRunnable {{{{


ThreadPriorityThreadPriorityThreadPriorityThreadPriority tptptptp = = = = newnewnewnew ThreadPriorityThreadPriorityThreadPriorityThreadPriority();();();();

tptptptp....testPrioritytestPrioritytestPrioritytestPriority();();();();

}}}}


whilewhilewhilewhile ( ( ( ( truetruetruetrue ) ) ) )

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( ( ( ( ThreadThreadThreadThread....currentThreadcurrentThreadcurrentThreadcurrentThread().().().().getNamegetNamegetNamegetName() );() );() );() );

}}}}

private private private private voidvoidvoidvoid testPrioritytestPrioritytestPrioritytestPriority() {() {() {() {

ThreadThreadThreadThread t1 = t1 = t1 = t1 = newnewnewnew ThreadThreadThreadThread( ( ( ( thisthisthisthis, ", ", ", "NormalniNormalniNormalniNormalni priorita" );priorita" );priorita" );priorita" );

t1.start(); //*** t1.start(); //*** t1.start(); //*** t1.start(); //*** startsstartsstartsstarts firstfirstfirstfirst

ThreadThreadThreadThread t2 = t2 = t2 = t2 = newnewnewnew ThreadThreadThreadThread( ( ( ( thisthisthisthis, "Max priorita" );, "Max priorita" );, "Max priorita" );, "Max priorita" );

t2.t2.t2.t2.setPrioritysetPrioritysetPrioritysetPriority( ( ( ( ThreadThreadThreadThread.MAX_PRIORITY );.MAX_PRIORITY );.MAX_PRIORITY );.MAX_PRIORITY );

t2.start();t2.start();t2.start();t2.start();

}}}}

}}}}

Osnova30

Max Max Max Max prioritaprioritaprioritapriorita










NormalniNormalniNormalniNormalni prioritaprioritaprioritapriorita













316 Stavy vláken: Životní cyklus vlákna (životní pravidla)

• Stavy vláken– Born state – stav vytvoření

• Vlákno bylo právě vytvořeno

– Ready state• Vlákno vyvolalo metodu start

• Vlákno nyní může být vykonáváno (execute)

– Running state• Vláknu je přidělen procesor a běží (is running)

– Dead state• Vlákno dokončilo nebo ukončilo svoji činnost

• Vlákno ukončeno systémem

32

Životní cyklus vlákna – stavový diagram

Ready

Running

BlockedSleepingWaiting

start

issue I/O

requestwait

notify

notifyAll

timeo

ut e

xpire

sinterrupt

thread dispatch(assign a processor)

quantum expirationyield

sleep

complete

sleep interval expires

interrupt

Born

enter synchronized

statement

I/O com

pletesacquire lockinterrupt

Když se vlákno ukončí (návrat z metody run), dosáhne stavu ukončení - Dead(konečný stav)

33

Jak učinit vlákno „neb ěžícím“

• Vyvolat metodu sleep()

• Vlákno vyvolá metodu wait() – a čeká na splnění specifické podmínky a uvolňuje objekty, které jsou s aktuálním vláknem uzamknuty

• Vlákno je blokováno vstupně/výstupními operacemi

• Vyvolat metody yield() (vzdává se činnosti)

34

Zastavení – stopnutí vlákna

• Přirozeně, když se dostane v metodě run na konec svých životních pravidel

• příkazem System.exit(0);

• thread.interrupt();

35

Metoda join()

• Čekání, až jiné vlákno zanikne; na jiné vlákno se použije metoda join().

• Metoda join() zadrží aktuální vlákno tak dlouho, dokud určené vlákno nezanikne.

• Dá se proto částečně použít k synchronizaci vláken.

• Následující program – dvě vlákna plus a minus(přičítá, odečítá 1) se střídají pomocí metody join() – výsledný součet pro malé N nulový pro velké N různé výsledky

Osnova36

classclassclassclass SyncEx1 {SyncEx1 {SyncEx1 {SyncEx1 {


ifififif ( ( ( ( argsargsargsargs....lengthlengthlengthlength < 1 ) {< 1 ) {< 1 ) {< 1 ) {

SystemSystemSystemSystem....errerrerrerr....printlnprintlnprintlnprintln( "( "( "( "javajavajavajava SyncEx1 <SyncEx1 <SyncEx1 <SyncEx1 <loopsloopsloopsloops per per per per threadthreadthreadthread>" );>" );>" );>" );

SystemSystemSystemSystem.exit( .exit( .exit( .exit( ----1 );1 );1 );1 );

}}}}

intintintint n = n = n = n = IntegerIntegerIntegerInteger....parseIntparseIntparseIntparseInt( ( ( ( argsargsargsargs[ 0 ] ); // iteraci na [ 0 ] ); // iteraci na [ 0 ] ); // iteraci na [ 0 ] ); // iteraci na vlaknovlaknovlaknovlakno

MyThreadEMyThreadEMyThreadEMyThreadE plus = plus = plus = plus = newnewnewnew MyThreadEMyThreadEMyThreadEMyThreadE( +1, n ), // plus ( +1, n ), // plus ( +1, n ), // plus ( +1, n ), // plus zvysizvysizvysizvysi

minus = minus = minus = minus = newnewnewnew MyThreadEMyThreadEMyThreadEMyThreadE( ( ( ( ----1, n ); // minus 1, n ); // minus 1, n ); // minus 1, n ); // minus snizisnizisnizisnizi

plus.start(); minus.start();plus.start(); minus.start();plus.start(); minus.start();plus.start(); minus.start();

// // // // cekacekacekaceka azazazaz obeobeobeobe vlaknavlaknavlaknavlakna dokoncidokoncidokoncidokonci, , , , predpredpredpred tiskem tiskem tiskem tiskem vysledkuvysledkuvysledkuvysledku

trytrytrytry {{{{

plus.plus.plus.plus.joinjoinjoinjoin(); minus.(); minus.(); minus.(); minus.joinjoinjoinjoin(); (); (); (); ////////mainmainmainmain cekacekacekaceka na na na na ukonceniukonceniukonceniukonceni plus a minusplus a minusplus a minusplus a minus

} } } } catchcatchcatchcatch( ( ( ( InterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedException e ) { }e ) { }e ) { }e ) { }

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( n + " ( n + " ( n + " ( n + " iterationsiterationsiterationsiterations eacheacheacheach: " + : " + : " + : " + MyThreadEMyThreadEMyThreadEMyThreadE....sharedsharedsharedshared ););););

}}}}

}}}}

classclassclassclass MyThreadEMyThreadEMyThreadEMyThreadE extendsextendsextendsextends ThreadThreadThreadThread {{{{

static static static static intintintint shared; shared; shared; shared; //*** //*** //*** //*** sdilenesdilenesdilenesdilene vsemivsemivsemivsemi objekty objekty objekty objekty MyThreadEMyThreadEMyThreadEMyThreadE

private private private private intintintint n;n;n;n;

private private private private intintintint t;t;t;t;

MyThreadEMyThreadEMyThreadEMyThreadE( ( ( ( intintintint type, type, type, type, intintintint howManyhowManyhowManyhowMany ) { t = type; n = ) { t = type; n = ) { t = type; n = ) { t = type; n = howManyhowManyhowManyhowMany; }; }; }; }


forforforfor ( ( ( ( intintintint i = 0; i < n; i++ )i = 0; i < n; i++ )i = 0; i < n; i++ )i = 0; i < n; i++ )

ifififif ( t > 0 )( t > 0 )( t > 0 )( t > 0 )

shared = shared + 1;shared = shared + 1;shared = shared + 1;shared = shared + 1;

elseelseelseelse

shared = shared shared = shared shared = shared shared = shared ---- 1;1;1;1;

}}}}

}}}}

37Kritická sekce – vzájemné vylou čeníMutual Exclusion

• Kritická sekce –část kódu, ke které musí mít vlákno výlučný (exklusivní) přístup.

• Operace: shared = shared + 1;se skládá ze součtu a přiřazení (2 atomickéoperace)

• Může být rozdělena na dvě části – dostaneme chybné výsledky

38

Synchronizace

• Nutná synchronizace

• Cíl synchronizace – v případě, že několik vláken vyžaduje přístup k jedinému zdroji, mohl tento přístup v jediném okamžiku dostat jen jedno vlákno.

• Možnosti synchronizace:– na úrovni metod – synchronizovat celé metody

– na úrovni bloků – pomocí synchronizace bloků.

• Klíčové slovo synchronized způsobí, že metody, bloky se budou chovat jako atomické -nedělitelné

39

Synchronizované metody

class MojeTrida {

public synchronized void metoda1() {

// kód metody . . .

}

public synchronized void metoda2() {

// kód metody

}

public void metoda3() {

//kód metody

}

Osnova40

Zabezpečí pouze výlučný přístup –exkluzivní přístup

classclassclassclass MyThreadSMyThreadSMyThreadSMyThreadS extendsextendsextendsextends ThreadThreadThreadThread {{{{

static static static static intintintint shared; //*** shared; //*** shared; //*** shared; //*** sdilenesdilenesdilenesdilene vsemivsemivsemivsemi objekty objekty objekty objekty MyThreadSMyThreadSMyThreadSMyThreadS

private private private private intintintint n;n;n;n;

private private private private intintintint t;t;t;t;

private synchronized private synchronized private synchronized private synchronized voidvoidvoidvoid plusOrMinusplusOrMinusplusOrMinusplusOrMinus(){(){(){(){

ifififif(t>0)(t>0)(t>0)(t>0)

shared = shared + 1;shared = shared + 1;shared = shared + 1;shared = shared + 1;

elseelseelseelse

shared = shared shared = shared shared = shared shared = shared ---- 1;1;1;1;

}}}}

MyThreadSMyThreadSMyThreadSMyThreadS( ( ( ( intintintint type, type, type, type, intintintint howManyhowManyhowManyhowMany ) { t = type; n = ) { t = type; n = ) { t = type; n = ) { t = type; n = howManyhowManyhowManyhowMany; }; }; }; }


plusOrMinusplusOrMinusplusOrMinusplusOrMinus();();();();

////////forforforfor ( ( ( ( intintintint i = 0; i < n; i++ )i = 0; i < n; i++ )i = 0; i < n; i++ )i = 0; i < n; i++ )

// // // // ifififif ( t > 0 )( t > 0 )( t > 0 )( t > 0 )

// shared = shared + 1;// shared = shared + 1;// shared = shared + 1;// shared = shared + 1;

// // // // elseelseelseelse

// shared = shared // shared = shared // shared = shared // shared = shared ---- 1;1;1;1;

}}}}

}}}}

41

Synchronizované bloky

• Pružnější mechanismus než synchronizovanémetody, protože se váže pouze na blok a daný objekt, který je buď uzamknutý, nebo odemčený.

• Každá instance třídy java.lang.Object, nebo libovolný potomek si udržuje zámek (někdy zvaný monitor )– jedná se u určitou formu detekce stavu s cílem poskytnout

výhradní přístup k danému prostředku

– klíčové slovo synchronized je vždy implicitně nebo explicitně přidruženo k instanci typu Object

42

Synchronizované bloky

• Předtím, než je vláknu dovoleno vstoupit do synchronizovaného bloku musí získat zámek objektu přidruženého k danému kódu.

• Pokud jedno vlákno zámek získá, jiné jej nezíská a jeho běh bude blokovaný do doby, než bude zámek uvolněn.

• Kromě zámku si ještě každý objekt udržuje seznam blokovaných vláken – pokud vlákno nemůže získat zámek objektu, je automaticky uloženo do seznamu (fronty) a pak z něho vybráno.

Osnova43

classclassclassclass BankBankBankBank

{{{{

// // // // PerformPerformPerformPerform a a a a transactiontransactiontransactiontransaction

public public public public voidvoidvoidvoid doTransactiondoTransactiondoTransactiondoTransaction((((TransactionTransactionTransactionTransaction transactiontransactiontransactiontransaction))))

{{{{

intintintint balance = balance = balance = balance = transactiontransactiontransactiontransaction....getAccountgetAccountgetAccountgetAccount().().().().getBalancegetBalancegetBalancegetBalance(); (); (); ();

switchswitchswitchswitch((((transactiontransactiontransactiontransaction....getTransactionTypegetTransactionTypegetTransactionTypegetTransactionType())())())())

{{{{

casecasecasecase TransactionTransactionTransactionTransaction.CREDIT:.CREDIT:.CREDIT:.CREDIT:

synchronized(synchronized(synchronized(synchronized(transactiontransactiontransactiontransaction....getAccountgetAccountgetAccountgetAccount())())())())

{{{{

// // // // GetGetGetGet currentcurrentcurrentcurrent balancebalancebalancebalance


// // // // CreditsCreditsCreditsCredits requirerequirerequirerequire a lot a lot a lot a lot ofofofof checkscheckscheckschecks............

trytrytrytry

{{{{

ThreadThreadThreadThread....sleepsleepsleepsleep(100);(100);(100);(100);

}}}}

catchcatchcatchcatch((((InterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedException e)e)e)e)

{{{{

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln(e);(e);(e);(e);

}}}}

balance += balance += balance += balance += transactiontransactiontransactiontransaction....getAmountgetAmountgetAmountgetAmount(); // (); // (); // (); // IncrementIncrementIncrementIncrement thethethethe balancebalancebalancebalance

// // // // RestoreRestoreRestoreRestore accountaccountaccountaccount balancebalancebalancebalance

transactiontransactiontransactiontransaction....getAccountgetAccountgetAccountgetAccount().().().().setBalancesetBalancesetBalancesetBalance(balance); (balance); (balance); (balance); breakbreakbreakbreak;;;;

}}}}

Osnova44

casecasecasecase TransactionTransactionTransactionTransaction.DEBIT:.DEBIT:.DEBIT:.DEBIT:

synchronized(synchronized(synchronized(synchronized(transactiontransactiontransactiontransaction....getAccountgetAccountgetAccountgetAccount())())())())

{{{{

// // // // GetGetGetGet currentcurrentcurrentcurrent balancebalancebalancebalance


// // // // DebitsDebitsDebitsDebits requirerequirerequirerequire eveneveneveneven more more more more checkscheckscheckschecks............

trytrytrytry

{{{{

ThreadThreadThreadThread....sleepsleepsleepsleep(150);(150);(150);(150);

}}}}

catchcatchcatchcatch((((InterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedException e)e)e)e)

{{{{

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln(e);(e);(e);(e);

}}}}

balance balance balance balance ----= = = = transactiontransactiontransactiontransaction....getAmountgetAmountgetAmountgetAmount(); // (); // (); // (); // DecrementDecrementDecrementDecrement thethethethe balancebalancebalancebalance

// // // // RestoreRestoreRestoreRestore accountaccountaccountaccount balancebalancebalancebalance

transactiontransactiontransactiontransaction....getAccountgetAccountgetAccountgetAccount().().().().setBalancesetBalancesetBalancesetBalance(balance); (balance); (balance); (balance); breakbreakbreakbreak;;;;

}}}}

default: // default: // default: // default: // WeWeWeWe shouldshouldshouldshould nevernevernevernever getgetgetget herehereherehere

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln("Invalid ("Invalid ("Invalid ("Invalid transactiontransactiontransactiontransaction");");");");

SystemSystemSystemSystem.exit(1);.exit(1);.exit(1);.exit(1);

}}}}

// // // // RestoreRestoreRestoreRestore thethethethe accountaccountaccountaccount balancebalancebalancebalance

transactiontransactiontransactiontransaction....getAccountgetAccountgetAccountgetAccount().().().().setBalancesetBalancesetBalancesetBalance(balance); }(balance); }(balance); }(balance); }

}}}}

45

Komunikace mezi vlákny

• Probrali jsme uzamčení metod nebo bloků kódu pomocí synchronizace

• Používáme příkaz while k testování stavu vlákna v časových intervalech daných voláním metody sleep() – není nejlepšířešení

• Třída Object definuje metody wait(), notify() a notifyAll() – účinnější řešení situace

1. Tyto metody dědí všechny podtřídy třídy Object

2. Mohou být volány jen zevnitřsynchronizovaných metod nebo zevnitř

synchronizovaného bloku kódu.

46

Komunikace mezi vlákny

• Při vyvolání odjinud bude vyvolána výjimka IllegalMonitorStateException

• Základní myšlenkou metod wait() a notify() je poskytnout metodám nebo blokům kódu, kteréjsou synchronizovány konkrétním objektem, prostředek ke komunikaci.

• jedem blok může volat wait() k pozastavení svých operací, dokud nějaká jiná metoda nebo blok kódu synchronizovaný stejným objektem jej nějakým způsobem nezmění a nezavolánotify(), čímžnaznačí dokončení změny.

47

Touto metodou se znovu spustí všechna vlákna, která volala metodu wait() objektu, ke kterému patří metoda notifyAll().

notifyAll()

Metodou se znova spustí vlákno, které vyvolalo metodu wait() objektu, ke kterému patří metoda notify(). Pokud pro tento objekt volalo wait() více objektů, není žádná kontrola nad tím, kterému z těchto vláken bude notify() určeno – lépe použít notifyAll().

notify()

Tato verze pozastaví aktuální vlákno dokud neuplyne stanovený počet milisekund, nebo není dříve zaslaná zpráva notify() nebo notifyAll() objektu, ke kterému patří metoda wait()..

wait(longcasLim)

Metoda pozastaví aktuální vlákno až do doby volání metody notify() nebo notifyAll() pro objekt, ke kterému patří metoda wait(). Při zavolání této metody vlákno uvolní synchronizačnízámek, který má na objektu, takže se může provádět jakákoli jiná metoda nebo blok kódu, které jsou synchronizovány stejným objektem.

wait()

PopisMetoda

48

Příklad komunikace vláken

• Metoda main vytvoří N (8) vláken třídy MyThreadW

• Třída MyThreadW má statické pole znakůsdílených objektů

• Každé vlákno má id a char (identifikátor a znak) začínající od 0 ‘A’

• Start se provádí v obráceném pořadí od 7 ‘H’

• Výpis je opět uspořádán od A … H

Osnova49

classclassclassclass SyncWaitExSyncWaitExSyncWaitExSyncWaitEx {{{{


finalfinalfinalfinal intintintint n = 8;n = 8;n = 8;n = 8;

MyThreadWMyThreadWMyThreadWMyThreadW[ ] [ ] [ ] [ ] mtmtmtmt = = = = newnewnewnew MyThreadWMyThreadWMyThreadWMyThreadW[ n ];[ n ];[ n ];[ n ];

charcharcharchar c = 'A';c = 'A';c = 'A';c = 'A';

//*** //*** //*** //*** vytvarivytvarivytvarivytvari a inicializuje a inicializuje a inicializuje a inicializuje vlaknavlaknavlaknavlakna

forforforfor ( ( ( ( intintintint i = 0; i < n; i++ ) i = 0; i < n; i++ ) i = 0; i < n; i++ ) i = 0; i < n; i++ )

mtmtmtmt[ i ] = [ i ] = [ i ] = [ i ] = newnewnewnew MyThreadWMyThreadWMyThreadWMyThreadW( i, c++ );( i, c++ );( i, c++ );( i, c++ );

//*** startuje //*** startuje //*** startuje //*** startuje vlaknavlaknavlaknavlakna v v v v obracenemobracenemobracenemobracenem poradiporadiporadiporadi

forforforfor ( ( ( ( intintintint i = n i = n i = n i = n ---- 1; i >= 0; i1; i >= 0; i1; i >= 0; i1; i >= 0; i-------- ))))

mtmtmtmt[ i ].start();[ i ].start();[ i ].start();[ i ].start();

}}}}

}}}}

classclassclassclass MyThreadWMyThreadWMyThreadWMyThreadW extendsextendsextendsextends ThreadThreadThreadThread {{{{

private private private private intintintint id; //*** id; //*** id; //*** id; //*** identifikatoridentifikatoridentifikatoridentifikator

private private private private charcharcharchar c; //*** znak, c; //*** znak, c; //*** znak, c; //*** znak, kterykterykteryktery se se se se zapisezapisezapisezapise do do do do sdilenehosdilenehosdilenehosdileneho pole pole pole pole

private static private static private static private static intintintint turnturnturnturn = 0;= 0;= 0;= 0;

private static private static private static private static finalfinalfinalfinal intintintint n = 8; n = 8; n = 8; n = 8;

private static private static private static private static charcharcharchar queuequeuequeuequeue[ ] = [ ] = [ ] = [ ] = newnewnewnew charcharcharchar[ n ]; //** [ n ]; //** [ n ]; //** [ n ]; //** sdilenesdilenesdilenesdilene polepolepolepole

public public public public MyThreadWMyThreadWMyThreadWMyThreadW( ( ( ( intintintint i, i, i, i, charcharcharchar chchchch ) { id = i; c = ) { id = i; c = ) { id = i; c = ) { id = i; c = chchchch; }; }; }; }


whilewhilewhilewhile ( ( ( ( truetruetruetrue ) ) ) )

writeCharwriteCharwriteCharwriteChar();();();();

}}}}

Osnova50

//*** synchronizace //*** synchronizace //*** synchronizace //*** synchronizace zabezpecujicizabezpecujicizabezpecujicizabezpecujici pouze jedno pouze jedno pouze jedno pouze jedno vlaknovlaknovlaknovlakno v v v v danemdanemdanemdanem casecasecasecase

// zapisuje do fronty apod. // zapisuje do fronty apod. // zapisuje do fronty apod. // zapisuje do fronty apod. VlaknaVlaknaVlaknaVlakna cekajicekajicekajicekaji, kdy , kdy , kdy , kdy prijdouprijdouprijdouprijdou na radu.na radu.na radu.na radu.

private synchronized private synchronized private synchronized private synchronized voidvoidvoidvoid writeCharwriteCharwriteCharwriteChar() {() {() {() {

//*** //*** //*** //*** uvolneniuvolneniuvolneniuvolneni locklocklocklock a a a a cekacekacekaceka azazazaz prijdeprijdeprijdeprijde na raduna raduna raduna radu

whilewhilewhilewhile ( ( ( ( turnturnturnturn != id ) != id ) != id ) != id )

trytrytrytry {{{{

wait( 20 ); // 20 milisekundwait( 20 ); // 20 milisekundwait( 20 ); // 20 milisekundwait( 20 ); // 20 milisekund


queuequeuequeuequeue[ [ [ [ turnturnturnturn++ ] = ++ ] = ++ ] = ++ ] = thisthisthisthis.c;.c;.c;.c;

ifififif ( ( ( ( turnturnturnturn == n ) { //*** je fronta plna?== n ) { //*** je fronta plna?== n ) { //*** je fronta plna?== n ) { //*** je fronta plna?

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( ( ( ( queuequeuequeuequeue ); //** pokud ano, vytiskni ji); //** pokud ano, vytiskni ji); //** pokud ano, vytiskni ji); //** pokud ano, vytiskni ji

turnturnturnturn = 0; // a nastav = 0; // a nastav = 0; // a nastav = 0; // a nastav poradiporadiporadiporadi }}}}turnturnturnturn] na nulu] na nulu] na nulu] na nulu

}}}}

notifyAll(); //*** vzbudit notifyAll(); //*** vzbudit notifyAll(); //*** vzbudit notifyAll(); //*** vzbudit cekajicicekajicicekajicicekajici vlaknavlaknavlaknavlakna

}}}}

}}}}

ABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGH









51

Producent / konzument

• Producent – vyrábí, konzument – konzumuje

• CubbyHole – vyrovnávací a synchronizační buffer

• Testovací třída

Osnova52

public public public public classclassclassclass ProducerProducerProducerProducer extendsextendsextendsextends ThreadThreadThreadThread {{{{

private private private private CubbyHoleCubbyHoleCubbyHoleCubbyHole cubbyholecubbyholecubbyholecubbyhole;;;;

private private private private intintintint numbernumbernumbernumber;;;;

public public public public ProducerProducerProducerProducer((((CubbyHoleCubbyHoleCubbyHoleCubbyHole c, c, c, c, intintintint numbernumbernumbernumber) {) {) {) {

cubbyholecubbyholecubbyholecubbyhole = c;= c;= c;= c;

thisthisthisthis....numbernumbernumbernumber = = = = numbernumbernumbernumber;;;;

}}}}


forforforfor ((((intintintint i = 0; i < 10; i++) {i = 0; i < 10; i++) {i = 0; i < 10; i++) {i = 0; i < 10; i++) {

cubbyholecubbyholecubbyholecubbyhole.put(.put(.put(.put(numbernumbernumbernumber, i);, i);, i);, i);

trytrytrytry {{{{

sleepsleepsleepsleep((((((((intintintint)()()()(MathMathMathMath....randomrandomrandomrandom() * 100));() * 100));() * 100));() * 100));

} } } } catchcatchcatchcatch ((((InterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedExceptionInterruptedException e) { }e) { }e) { }e) { }

}}}}

}}}}

}}}}

Osnova53

public public public public classclassclassclass ConsumerConsumerConsumerConsumer extendsextendsextendsextends ThreadThreadThreadThread {{{{

private private private private CubbyHoleCubbyHoleCubbyHoleCubbyHole cubbyholecubbyholecubbyholecubbyhole;;;;

private private private private intintintint numbernumbernumbernumber;;;;

public public public public ConsumerConsumerConsumerConsumer((((CubbyHoleCubbyHoleCubbyHoleCubbyHole c, c, c, c, intintintint numbernumbernumbernumber) {) {) {) {

cubbyholecubbyholecubbyholecubbyhole = c;= c;= c;= c;

thisthisthisthis....numbernumbernumbernumber = = = = numbernumbernumbernumber;;;;

}}}}


intintintint valuevaluevaluevalue = 0;= 0;= 0;= 0;

forforforfor ((((intintintint i = 0; i < 10; i++) {i = 0; i < 10; i++) {i = 0; i < 10; i++) {i = 0; i < 10; i++) {

valuevaluevaluevalue = = = = cubbyholecubbyholecubbyholecubbyhole....getgetgetget((((numbernumbernumbernumber););););

}}}}

}}}}

}}}}

Osnova54

public public public public classclassclassclass CubbyHoleCubbyHoleCubbyHoleCubbyHole {{{{

private private private private intintintint contentscontentscontentscontents;;;;

private private private private booleanbooleanbooleanboolean availableavailableavailableavailable = = = = falsefalsefalsefalse;;;;

public synchronized public synchronized public synchronized public synchronized intintintint getgetgetget((((intintintint whowhowhowho) {) {) {) {

whilewhilewhilewhile ((((availableavailableavailableavailable == == == == falsefalsefalsefalse) {) {) {) {

trytrytrytry {{{{

wait();wait();wait();wait();


}}}}

availableavailableavailableavailable = = = = falsefalsefalsefalse;;;;

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....formatformatformatformat("("("("ConsumerConsumerConsumerConsumer %d %d %d %d gotgotgotgot: %d%n", : %d%n", : %d%n", : %d%n", whowhowhowho, , , , contentscontentscontentscontents););););

notifyAll();notifyAll();notifyAll();notifyAll();

returnreturnreturnreturn contentscontentscontentscontents;;;;

}}}}

public synchronized public synchronized public synchronized public synchronized voidvoidvoidvoid put(put(put(put(intintintint whowhowhowho, , , , intintintint valuevaluevaluevalue) {) {) {) {

whilewhilewhilewhile ((((availableavailableavailableavailable == == == == truetruetruetrue) {) {) {) {

trytrytrytry {{{{

wait();wait();wait();wait();


}}}}

contentscontentscontentscontents = = = = valuevaluevaluevalue;;;;

availableavailableavailableavailable = = = = truetruetruetrue;;;;

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....formatformatformatformat("("("("ProducerProducerProducerProducer %d put: %d%n", %d put: %d%n", %d put: %d%n", %d put: %d%n", whowhowhowho, , , , contentscontentscontentscontents););););

notifyAll();notifyAll();notifyAll();notifyAll();

}}}}

}}}}

Osnova55

public public public public classclassclassclass ProducerConsumerTestProducerConsumerTestProducerConsumerTestProducerConsumerTest {{{{

public static public static public static public static voidvoidvoidvoid mainmainmainmain((((StringStringStringString argsargsargsargs[]){[]){[]){[]){

CubbyHoleCubbyHoleCubbyHoleCubbyHole c = c = c = c = newnewnewnew CubbyHoleCubbyHoleCubbyHoleCubbyHole();();();();

ProducerProducerProducerProducer p1 = p1 = p1 = p1 = newnewnewnew ProducerProducerProducerProducer(c,1);(c,1);(c,1);(c,1);

ConsumerConsumerConsumerConsumer c1 = c1 = c1 = c1 = newnewnewnew ConsumerConsumerConsumerConsumer(c,1);(c,1);(c,1);(c,1);

p1.start();p1.start();p1.start();p1.start();

c1.start();c1.start();c1.start();c1.start();

}}}}

}}}}

Producer 1 put: 0Producer 1 put: 0Producer 1 put: 0Producer 1 put: 0Consumer 1 got: 0Consumer 1 got: 0Consumer 1 got: 0Consumer 1 got: 0Producer 1 put: 1Producer 1 put: 1Producer 1 put: 1Producer 1 put: 1Consumer 1 got: 1Consumer 1 got: 1Consumer 1 got: 1Consumer 1 got: 1Producer 1 put: 2Producer 1 put: 2Producer 1 put: 2Producer 1 put: 2Consumer 1 got: 2Consumer 1 got: 2Consumer 1 got: 2Consumer 1 got: 2Producer 1 put: 3Producer 1 put: 3Producer 1 put: 3Producer 1 put: 3Consumer 1 got: 3Consumer 1 got: 3Consumer 1 got: 3Consumer 1 got: 3Producer 1 put: 4Producer 1 put: 4Producer 1 put: 4Producer 1 put: 4Consumer 1 got: 4Consumer 1 got: 4Consumer 1 got: 4Consumer 1 got: 4Producer 1 put: 5Producer 1 put: 5Producer 1 put: 5Producer 1 put: 5Consumer 1 got: 5Consumer 1 got: 5Consumer 1 got: 5Consumer 1 got: 5Producer 1 put: 6Producer 1 put: 6Producer 1 put: 6Producer 1 put: 6Consumer 1 got: 6Consumer 1 got: 6Consumer 1 got: 6Consumer 1 got: 6Producer 1 put: 7Producer 1 put: 7Producer 1 put: 7Producer 1 put: 7Consumer 1 got: 7Consumer 1 got: 7Consumer 1 got: 7Consumer 1 got: 7Producer 1 put: 8Producer 1 put: 8Producer 1 put: 8Producer 1 put: 8Consumer 1 got: 8Consumer 1 got: 8Consumer 1 got: 8Consumer 1 got: 8Producer 1 put: 9Producer 1 put: 9Producer 1 put: 9Producer 1 put: 9Consumer 1 got: 9Consumer 1 got: 9Consumer 1 got: 9Consumer 1 got: 9

56

Deadlock - uváznutí

• Uváznutí se týká vzájemné závislosti dvou vláken např.

• jedno vlákno provádí kód, který je synchronizovaný daným objektem (tenObjekt)

• pak má provést další metodu synchronizovanou jiným objektem (jinyObjekt)

• než k tomu dojde, druhé vlákno provede kód synchronizovaný jinyObjekt a potřebuje provést metodu obsahující kód synchronizovaný prvním objektem (tenObjekt)

• žádné vlákno nemá možnost pokračovat, oběuvázla

Osnova57

classclassclassclass DeadlockExDeadlockExDeadlockExDeadlockEx {{{{


newnewnewnew MyThreadMyThreadMyThreadMyThread( "( "( "( "foofoofoofoo" ).start();" ).start();" ).start();" ).start();

newnewnewnew MyThreadMyThreadMyThreadMyThread( "bar" ).start();( "bar" ).start();( "bar" ).start();( "bar" ).start();

}}}}

}}}}

classclassclassclass MyThreadMyThreadMyThreadMyThread extendsextendsextendsextends ThreadThreadThreadThread {{{{

public public public public MyThreadMyThreadMyThreadMyThread( ( ( ( StringStringStringString namenamenamename ) { super( ) { super( ) { super( ) { super( namenamenamename ); }); }); }); }


whilewhilewhilewhile ( ( ( ( truetruetruetrue ))))

ifififif ( ( ( ( getNamegetNamegetNamegetName().().().().equalsIgnoreCaseequalsIgnoreCaseequalsIgnoreCaseequalsIgnoreCase( "( "( "( "foofoofoofoo" ) )" ) )" ) )" ) )

fooMfooMfooMfooM();();();();

elseelseelseelse

barMbarMbarMbarM();();();();

}}}}

private synchronized private synchronized private synchronized private synchronized voidvoidvoidvoid fooMfooMfooMfooM() {() {() {() {

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( ( ( ( getNamegetNamegetNamegetName() + " vstup () + " vstup () + " vstup () + " vstup fooMfooMfooMfooM." );." );." );." );

whilewhilewhilewhile ( ( ( ( getNamegetNamegetNamegetName().().().().equalsIgnoreCaseequalsIgnoreCaseequalsIgnoreCaseequalsIgnoreCase( "bar" ) )( "bar" ) )( "bar" ) )( "bar" ) )

trytrytrytry {{{{

wait(); // wait(); // wait(); // wait(); // cekanicekanicekanicekani na na na na neurcitoneurcitoneurcitoneurcito


barMbarMbarMbarM(); // (); // (); // (); // vyvolavyvolavyvolavyvola jinou jinou jinou jinou synchronizacnisynchronizacnisynchronizacnisynchronizacni metodumetodumetodumetodu

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( ( ( ( getNamegetNamegetNamegetName() + " vystup () + " vystup () + " vystup () + " vystup fooMfooMfooMfooM." );." );." );." );

notifynotifynotifynotify(); // (); // (); // (); // vzbudivzbudivzbudivzbudi jinejinejinejine vlaknovlaknovlaknovlakno, pokud , pokud , pokud , pokud nejakenejakenejakenejake cekacekacekaceka

}}}}

Osnova58

private synchronized private synchronized private synchronized private synchronized voidvoidvoidvoid barMbarMbarMbarM() {() {() {() {

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( ( ( ( getNamegetNamegetNamegetName() + " vstup () + " vstup () + " vstup () + " vstup barMbarMbarMbarM." );." );." );." );

whilewhilewhilewhile ( ( ( ( getNamegetNamegetNamegetName().().().().equalsIgnoreCaseequalsIgnoreCaseequalsIgnoreCaseequalsIgnoreCase( "( "( "( "foofoofoofoo" ) )" ) )" ) )" ) )

trytrytrytry {{{{

wait(); // wait(); // wait(); // wait(); // cekanicekanicekanicekani na na na na neurcitoneurcitoneurcitoneurcito


fooMfooMfooMfooM(); // (); // (); // (); // vyvolavyvolavyvolavyvola jinou jinou jinou jinou synchronozacnisynchronozacnisynchronozacnisynchronozacni metodu metodu metodu metodu

SystemSystemSystemSystem....outoutoutout....printlnprintlnprintlnprintln( ( ( ( getNamegetNamegetNamegetName() + " vystup () + " vystup () + " vystup () + " vystup barMbarMbarMbarM." );." );." );." );

notifynotifynotifynotify(); // (); // (); // (); // vzbudivzbudivzbudivzbudi jinejinejinejine vlaknovlaknovlaknovlakno, pokud , pokud , pokud , pokud nejakenejakenejakenejake cekacekacekaceka

}}}}

}}}}

foofoofoofoo vstup vstup vstup vstup fooMfooMfooMfooM....

bar vstup bar vstup bar vstup bar vstup barMbarMbarMbarM....

foofoofoofoo vstup vstup vstup vstup barMbarMbarMbarM....

bar vstup bar vstup bar vstup bar vstup fooMfooMfooMfooM....

59

Uváznutí

• Problémem uváznutí jsou vztahy mezi metodami wait(), notify() a notofyAll(). Metoda wait() musípředcházet metodu notify(). Pokud je tomu naopak, vlákno nemůže být probuzeno.

• V uvedeném programu vlákno foo vykonávásynchronizovanou nejdříve metodu fooM() a potésynchronizovanou metodu barM(). Vlákno bar vykoná nejdříve synchronizovanou metodu barM() a potom synchronizovanou metodu fooM(). Avšak každé vlákno čeká v metodě jména svého protějšku. Vlákno foo čeká v metoděbarM() a vlákno bar čeká v metodě fooM().

60

Uváznutí

• Vlákno foo získá zámek na barM a čeká. Vlákno foo může být probuzeno pouze vláknem bar, kterévyvolá metodu notify() v metodě barM().

• Vlákno foo nezíská zámek na barM() protože vlákno bar má aktuálně tento zámek. Dokud vlákno foo nezíská tento zámek, bude čekat.

61

Nejdůležit ější konstruktory t řídy Thread

Pojmenované vlákno se specifikovaným běhuschopným cílem.

Thread(Runnable t, String s);

Nepojmenované vlákno se specifikovaným běhuschopným cílem.

Thread(Runnabletarget);

Pojmenované vlákno s defóltním běhuschopnýmcílem.

Thread(String s);

Nepojmenované vlákno s defóltnímběhuschopným cílem.

Thread();

PopisDeklarace

62

Třídní metody t řídy Thread

Uspí běžící (current) vlákno na n milisekund.

void sleep(long n);

Testuje, zda běžící vlákno (current) mápříznak interrupted.

boolean interrupted();

Vrací odkaz na právě běžící vlákno (current).

Thread currentThread();

PopisDeklarace

multithreading – vícevláknovosthunka/vyuka/javaoop/obop2/jvcv09/threads.pdf · • java má...

Documents