Informática UFRGS. Threads. Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 1

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1 C# Threads Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 1

2 Autoria Autores Cláudio Geyer Local Instituto de Informática disciplinas: Programação Distribuída e Paralela Programação com Objetos Distribuídos Versão V9, março de 2011 Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 2

3 Bibliografia Bibliografia Robinson, Simon et al. Professional C#. Wrox, Cursos em CD desenvolvidos/promovidos pela MS. Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 3

4 Súmula Informática API Primeiro exemplo: criação sleep Estados de uma Thread Exemplo com join Sincronização: exclusão mútua Sincronização: classe Monitor classe wait e pulse exemplo buffer sincronizado Súmula Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 4

5 Classe Thread: API Classe Thread: API o pacote System.Threading oferece recursos para a construção de threads a classe Thread e sua API métodos similares aos de Java Threads Start(): ativa uma thread Suspend(): suspende uma thread ativa Resume(): reativa uma thread suspensa Join(): espera pelo fim de uma thread Abort(): encerra a execução de uma thread Sleep(int milliseconds): faz a thread dormir o tempo indicado Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 5

6 Classe Thread: API Classe Thread: API métodos como Suspend(), Resume() e Abort() segundo MS, são métodos seguros não deixam thread em estado inconsistente Suspend() eventualmente algumas instruções da thread ainda são executadas para garantir correção do coletor de lixo Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 6

7 Classe Thread: API Classe Thread: API métodos como Suspend(), Resume() e Abort() Abort() lança execeção ThreadAbortException deve-se usar bloco try com cláusula finally em caso de abort, a cláusula finally será executada programador poderá realizar limpeza de recursos diversos thread não pode ser (re) ativada (start) Sun tornou tais métodos deprecated Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 7

8 Lista de métodos: Classe Thread: API public sealed class Thread {}{ public static Thread CurrentThread { get; } } // static methods public static void Sleep(int milliseconds) {...}... public Thread(ThreadStart startmethod) {...} // thread creation } public string Name { get; set; } } // properties public ThreadPriority Priority { get; set; } } public ThreadState ThreadState { get; } } public bool IsAlive { get; } } public bool IsBackground { get; set; } }... public void Start() {...} // methods public void Suspend() {...} public void Resume() {...} public void Join() {...} // caller waits for the thread to die public void Abort() {...} // throws ThreadAbortException... Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 8

9 Classe Thread: API public delegate void ThreadStart(); // parameterless void method public enum ThreadPriority {}{ AboveNormal, BelowNormal, Highest, Lowest, Normal} public enum ThreadState {Aborted, Running, Stopped, Suspended, Unstarted,,...} Observações: Get: opção de leitura do atributo Set: opção de escrita do atributo Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 9

10 Especificação e Criação de Thread Especificação do comportamento qualquer método (de qualquer classe) pode ser usado como comportamento (run em Java Threads) da thread Criação: idéia cria-se um objeto Thread passando ao mesmo um método qualquer de um objeto qualquer concretamente o método é passado a um objeto auxiliar ThreadStart Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 10

11 Especificação e Criação de Thread Criação de objeto Thread construtor da classe Thread, do pacote System.Threading public Thread(ThreadStart startmethod) {...} argumento: objeto ThreadStart construtor da classe ThreadStart public ThreadStart(runMethod) runmethod: na forma object.method object: de qualquer classe method: qualquer esse método representa o comportamento da thread Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 11

12 Ativação da Thread Ativação da Thread método Start: public void Start() objeto deve ser da classe Thread método não bloqueante chamador continua sem esperar pelo final da chamada Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 12

13 Primeiro Exemplo: 2 threads Primeiro exemplo: 2 threads programa cria 2 threads da classe Printer método comportamento: Print classe Printer construtor recebe 2 argumentos 1 caracter 1 tempo para dormir método Print loop de 1 a 100 imprime caracter dorme Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 13

14 using System; using System.Threading; class Printer { char ch; int sleeptime; } public Printer(char c, int t) {ch = c; sleeptime = t;} public void Print() { for (int i = 0; i < 100; i++) { Console.Write(ch); Thread.Sleep(sleepTime); } } class Test { } // método de classe Exemplo static void Main() { Printer a = new Printer('.', 10); Printer b = new Printer('*', 100); new Thread(new ThreadStart(a.Print)).Start(); // a.print: arg. de ThreadStart new Thread(new ThreadStart(b.Print)).Start(); // Start: sobre objeto Thread } // programa executa até as 2 threads terminarem // chamada do sleep(): pela classe Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 14

15 Informática Estados de uma Thread Unstarted logo após ser criada (antes do Start() ) Running após ser ativada (Start() ) após método Resume() Suspended Stopped após método Suspended() após método Abort() Não pode mais ser ativada Estados de uma Thread Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 15

16 Estados de uma Thread Thread t = new Thread(new ThreadStart(P)); // P: método da classe/objeto atual Console.WriteLine("name={0}, priority={1}, state={2}", t.name, t.priority, t.threadstate); t.name = "Worker"; t.priority = ThreadPriority.BelowNormal; t.start(); Thread.Sleep(0); // garante o novo estado Console.WriteLine("name={0}, priority={1}, state={2}", t.name, t.priority, t.threadstate); t.suspend(); Console.WriteLine("state={0}", t.threadstate); t.resume(); Console.WriteLine("state={0}", t.threadstate); t.abort(); Thread.Sleep(0); Console.WriteLine("state={0}", t.threadstate); Output name=, priority=normal, state=unstarted name=worker, priority=belownormal, state=running state=suspended state=running state=stopped Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 16

17 Prioridades Prioridades de uma thread válidas dentro do processo que contem a thread nenhuma relação entre prioridades de threads de processos distintos uma thread com prioridade mais baixa só recebe cpu aplicação se as threads de prioridade mais alta estiverem bloqueadas observação: threads do mesmo processo garantir que thread de atendimento a usuário tenha tempo de resposta rápido ( imediato ) thread com mais alta prioridade que threads de background Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 17

18 Método Join Método Join função opção esperar pelo fim de uma thread método bloqueante esperar até certo tempo (argumento) Exemplo (aseguir) thread Main espera pelo final da thread Test a impressão de end será feita após o final de Test Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 18

19 using System; using System.Threading; Exemplo com join class Test { static void P() { for (int i = 1; i <= 20; i++) { Console.Write('-'); Thread.Sleep(100); } } } static void Main() { Thread t = new Thread(new ThreadStart(P)); Console.Write("start"); t.start(); t.join(); Console.WriteLine("end"); } Output start end Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 19

20 Sincronização: exclusão mútua Sincronização: exclusão mútua comando lock formato lock(variable) Statement Variable: de qualquer classe Statement: simples ou bloco ({...}) similar ao bloco synchronized de Java Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 20

21 Sincronização: exclusão mútua Sincronização: exclusão mútua comando lock semântica similar ao lock (mutexbegin/end) tradicional inicialmente lock está livre (aberto) primeira thread a passar pelo lock atomicamente coloca o lock em fechado enquanto lock fechado outras threads ficarão bloqueadas até lock ser aberto lock é aberto quando a thread termina Statement Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 21

22 Informática Example Esqueleto de classe conta bancária class Account { Sincronização: exclusão mútua // this class should behave like a monitor long val = 0; public void Deposit(long x) { // only 1 thread at a time may execute this statement lock (this) { val += x; } } } public void Withdraw(long x) { lock (this) { val -= x; } } Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 22

23 Informática Classe Monitor lock(v) Statement é uma abreviação para bloco de c Classe Monitor Monitor.Enter(v); try { Statement } finally { Monitor.Exit(v); } A classe Monitor possui 2 métodos Enter(Object): semântica de lock Exit(Object): semântica de unlock Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 23

24 Classe Monitor Classe Monitor o bloco try-catch com finally garante que o unlock (Monitor.Exit), ou mutexend, será sempre executado Liberando o lock Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 24

25 Wait e Pulse Wait e Pulse métodos da classe Monitor semântica clássica primitivas Wakeup e Signal dos monitores objetos lockedvar (ver abaixo) comportam-se como variáveis de condição qualquer tipo Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 25

26 Wait e Pulse Wait e Pulse Monitor.Wait(lockedVar) bloqueia chamador incondicionalmente similar a wait() de Java Monitor.Pulse(lockedVar) acorda uma thread bloqueada em lockedvar similar a notify() de Java Threads Monitor.PulseAll(lockedVar) acorda todas as threads bloqueadas em lockedvar similar a notifyall() de Java Threads Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 26

27 Thread A Informática Descrição A chega no lock e prossegue porque o lock está livre B chega no lock e fica bloqueado porque o lock está preso A bloqueia-se ao chamar o método Wait(), liberando o lock B prossegue pois o agora o lock está aberto B acorda A com o método Pulse() A tenta obter o lock, mas falha pois B ainda está com ele B atinge o final da seção crítica liberando o lock A prossegue finalmente Thread B Wait e Pulse lock(v) { lock(v) { Monitor.Wait(v); Monitor.Pulse(v); } } Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 27

28 Questões Questões Qual a semântica do Pulse e PulseAll com relação ao lock, isto é, quem fica com o lock? O acordado ou o que acorda? Quem é acordado entre os que estão dormindo? Fila FIFO? Ou qualquer um? A fila de entrada no lock é FIFO? A variável (objeto) do Wait e do Pulse pode ser diferente da variável do lock? Funcionando como variáveis de condição Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 28

29 Exemplo: buffer sincronizado Exemplo: buffer sincronizado Problema clássico do produtor/consumidor uma classe que implementa um servidor de buffer atributos principal: um buffer de caracteres tamanho finito Put( A ) Buffer C = Get() Cliente 1 Cliente 2 A Cliente 3 Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 29

30 Informática Exemplo: buffer sincronizado API método Put() clientes colocam 1 char no buffer Exemplo: buffer sincronizado caso buffer cheio, cliente deve ficar bloqueado método Get() aguarda 1 Get() (ver abaixo) clientes retiram 1 char do buffer caso buffer vazio, cliente deve ficar bloqueado aguarda 1 Put() Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 30

31 Exemplo: buffer sincronizado Exemplo: buffer sincronizado implementação Put() e Get() seção crítica (lock) cobre todo o código do método cada um acorda o outro via o Pulse() incondicionalmente Pulse() é não bloqueante sinal é perdido se ninguém está bloqueado Put() cliente dorme via Wait() se buf cheio: n igual a size libera lock para outro cliente Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 31

32 Exemplo: buffer sincronizado Exemplo: buffer sincronizado implementação Get() cliente dorme via Wait() caso buf vazio: n igual a zero libera lock para outro cliente Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 32

33 Exemplo: buffer sincronizado class Buffer { const int size = 4; char[] buf = new char[size]; int head = 0, tail = 0, n = 0; } public void Put(char ch) { lock(this) {}{ while (n == size) Monitor.Wait(this); buf[tail] = ch; tail = (tail + 1) % size; n++; Monitor.Pulse(this); } } public char Get() { lock(this) {}{ while (n == 0) Monitor.Wait(this); char ch = buf[head]; head = (head + 1) % size; n--; } } Monitor.Pulse(this); return ch; If producer is faster Put Put Put Put Get Put Get... If consumer is faster Put Get Put Get... Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 33

34 Desempenho Comparação Java X C# ênfase no desempenho de métodos básicos resultados similares em alguns casos, vantagem para Java por Rodrigo Luque, aluno do CIC- em Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 34

35 Desempenho Comparação C/Posix X C# 3 trabalhos em SOII, Comparação de desempenho Criação e join, mutex e semáforo C/Posix x C# Em 1 TF: C em Linux Ubuntu e C# em Windows 7 Grande vantagem para C/Posix Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 35

36 Informática Resumo Pacote Threading Classe Thread Atributos similares aos de Java Prioridade Nome Métodos similares aos de Java Start, Join, Sleep,... Criação Somente por instanciação Resumo Comportamento dado por método qualquer passado na instanciação Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 36

37 Informática Resumo Sincronização Por conceito de monitor Bloco lock Similar ao bloco synchronized de Java Oferece exclusão mútua Sinalização Por wait/pulse Similar a wait/notify de Java Sem variáveis de condição Resumo Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 37

38 Exercícios Exercícios 1) Compare os pacotes de threads para Java e C#: ao menos 3 itens com diferenças e 2 com similaridades 2) Exemplo Buffer: analise o comportamento do sistema caso o número de clientes seja maior que 2 2 ou mais produtores (Put()) 2 ou mais consumidores (Get()) Programação com Objetos Distribuídos (C. Geyer) C# Threads V5 38

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