SOP322/ćw - temat F

Współbieżność w języku Java.

1. Tworzenie wątków.

Stany wątku w Javie (nowy, wykonywany, nie wykonywany, zakończony):

.................................................................

Przypomnijmy sposób kompilowania i uruchamiania programów w języku Java:

    javac Watek01.java
      # kompilacja

    java Watek01
      # wykonanie programu

W przykładzie "Watek02.java" główny wątek steruje pozostałymi trzema wątkami (wyłącza je po upływie określonego czasu).

Zadanie 80

UWAGA:
Dlaczego przykład "Watek02.java" nie działał prawidłowo ?
Okazuje się, że metody stop, suspend i  resume są przestarzałe, gdyż ich implementacja jest "niebezpieczna", o czym można się przekonać czytając dokumentację "Java 2" przytoczoną poniżej:
 

stop  public final void stop()  Deprecated. This method is inherently unsafe. Stopping a thread with Thread.stop causes it to unlock all of the monitors that it has locked (as a natural consequence of the unchecked ThreadDeath exception propagating up the stack). If any of the objects previously protected by these monitors were in an inconsistent state, the damaged objects become visible to other threads, potentially resulting in arbitrary behavior. Many uses of stop should be replaced by code that simply modifies some variable to indicate that the target thread should stop running. The target thread should check this variable regularly, and return from its run method in an orderly fashion if the variable indicates that it is to stop running. If the target thread waits for long periods (on a condition variable, for example), the interrupt method should be used to interrupt the wait. For more information, see Why are Thread.stop, Thread.suspend and Thread.resume Deprecated?.  Forces the thread to stop executing.

 
 

2. Synchronizowanie wątków.

• obiekty z metodami synchronizowanymi.
• specjalna konstrukcja: synchronized ( obiekt ) { kod }

class Bank
{
   private long konto1=123456, konto2=0;

   // przykład metody synchronizowanej:
   synchronized public void Przelew(long kwota)
   {
      konto1-=kwota; konto2+=kwota;
   }
}

Metoda "synchronizowana" to taka, której definicja jest poprzedzona słowem synchronized ...

• Jeśli wątek A wywoła metodę synchronizowaną obiektu X to mówimy że wątek A zajął monitor obiektu X. Gdy metoda ta się zakończy to mówimy że A zwolnił monitor obiektu X.
  
• W danej chwili tylko 1 wątek może zajmować monitor danego obiektu. Tak więc metody synchronizowane zapewniają wzajemne wykluczanie.
  
• Jeśli wątek A zajmuje monitor obiektu X i pewien wątek B spróbuje wywołać metodę synchronizowaną obiektu X, to wtedy wątek B zostanie zablokowany. Wątek B zostanie odblokowany dopiero gdy A zwolni monitor obiektu X czyli gdy metoda synchronizowana którą A uruchomił się zakończy.
  

Inny sposób aby zająć monitor obiektu X to wykonać taki kod:

• synchronized (X) { tu zajmuję monitor obiektu X }; tu już nie zajmuje

Każdy obiekt w języku Java posiada metody wait() i notify() odziedziczone po klasie Object:

• Wywołanie metody wait() na rzecz obiektu X powoduje zwolnienie monitora obiektu X, oraz wstrzymanie wykonania wątku wywołującego wait().
• Wywołanie metody notify() na rzecz obiektu X powoduje wznowienie jednego spośród wstrzymanych na tym obiekcie wątków, ale dopiero wtedy, gdy wątek wywłujący notify() zwolni monitor obiektu.
• Metody X.wait(), X.notify() i X.notifyAll() mogą być wykonywane jedynie przez wątki które zajmują monitor obiektu X.
  

Opisy metod klasy Object z dokumentacji "Java 2":
    notify() http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/java/lang/Object.html#notify()
    notifyAll() http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/java/lang/Object.html#notifyAll()
    wait() http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/java/lang/Object.html#wait()

..................................................................................

Ćwiczenie 81

Zadanie 82

• metoda Thread.join();
oczekiwanie na zakończenie jakiegoś wątku
• metoda Object.notifyAll();
wznawianie wszystkich (a nie tylko jednego) wstrzymanych wątków
[różnica notifyAll()/notify() - patrz poniższe Zadanie]
• grupy wątków;
można wykonywać operacje na całej grupie wątków tak jak na pojedynczym wątku
• priorytety wątków; można je modyfikować, (podobno) stosuje się tzw planowanie wielopoziomowe
  [patrz poniższe Zadanie]

 ...............................................................................
 

Zadanie 84 (*)

class Semafor {
    private int wartosc;
    private int licznik; // liczba wstrzymanych wątków ...

    public Semafor (int _wartosc) {
        wartosc = _wartosc;
        licznik = 0;
    }
    synchronized public void signalSem() {
        if ( licznik > 0 )
          notify();
        else
          wartosc++;
    }
    synchronized public void waitSem() {
        if ( wartosc > 0 )
          wartosc--;
        else {
          licznik++;
          try { wait(); } catch(InterruptedException e) {}
          licznik--;
        }
    }
}

Zadanie 85

Zadanie 86

Zadanie 88

• przez wywołanie notify() // wznawia jeden wątek
• przez wywołanie notifyAll() // wznawia wszystkie wątki

Pozornie wydaje się że nie ma żadnej różnicy ponieważ nawet jeśli notifyAll() wznawia WSZYSTKIE wątki to tylko JEDEN z nich może zająć monitor i kontynuować działanie ...
Wskazówki:
Utwórz 10 wątków o numerach 0..9, które będą zajmowały monitor "z zewnątrz", a więc w następujący sposób

Utwórz 10 wątków o numerach 100..109, które będą opuszczały monitor w wyniku "wstrzymania na zmiennej condition" (używając terminologii języka BACI); wątki te powinny wykonywać następujący kod:

Wątek główny (wykonujący main()) powinien w nieskończonej pętli wznawiać procesy 100..109 przy pomocy:

• przez notify() // przypadek 1
• przez notifyAll() // przypadek 2

Sprawdź doświadczalnie co można powiedzieć o szybkości działania wątków w obu powyższych przypadkach.
Uzasadnij uzyskane rezultaty; pamiętaj że jeśli kilka wątków równocześnie chce zająć monitor to wybiera się "sprawiedliwie" jeden z tych wątków ...
.................................................................
Opis metody notify() http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/java/lang/Object.html#notify().
Opis metody notifyAll() http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/java/lang/Object.html#notifyAll().
 

Zadanie 89