Programação Concorrente com Thread Java. Luiz Affonso Guedes Sistemas Distribuidos

Transcrição

1 Programação Concorrente com Thread Java Luiz Affonso Guedes Sistemas Distribuidos

2 Definições Básicas Threads são sub-procesos no sistema operacional. É menos custoso gerenciar threads do que processos. As linguagens Java e Ada possuem funcionalidades MULTITHREADING na própria estrutura da linguagem. C e C++ necessitam de biblioteca especifica para processamento MULTITHREADING Posix p_thread

3 Thread em Java Em Java, threads são implementadas como uma CLASSE Pacote java.lang.thread É uma extensão da classe Thread Contrutores: public Thread (String nome_da_thread); public Thread ( ); // o nome sera Thread-#» Thread-1, Thread-2,

4 Principais Métodos run(): é o método que executa as atividades de uma THREAD. Quando este método finaliza, a THREAD também termina. start(): método que dispara a execução de uma THREAD. Este método chama o método run( ) antes de terminar. sleep(int x): método que coloca a THREAD para dormir por x milisegundos.

5 Principais Métodos join( ): método que espera o término da THREAD para qual foi enviada a mensagem para ser liberada. interrupt( ): método que interrompe a execução de uma THREAD. interrupted( ): método que testa se uma THREAD está ou não interrompida.

6 Estados de uma Thread em Java rmino do tempo de dormida notify( ) notifyall( ) nascimento start( ) Fim da E/S pronta run( ) Alocar um processador executando wait( ) sleep( ) Fim do Método run( ) E/S esperando dormindo morta bloqueada

7 Prioridade de Thread Em Java, a prioridade é determinada com um inteiro entre 1 e 10. A prioridade padrão é o valor é a maior prioridade e 1 é a menor. A THREAD herda a prioridade da THREAD que acriou. void setpriority(int prioridade); int getpriority( );

8 Algoritmo de Escalonamento Prioridade 10 A B Prioridade 9 C Prioridade 8... Prioridade 3 D E F Prioridade 2 Prioridade 1 G

9 Exemplo 01 O programa cria 04 threads e as coloca para dormir. ThreadBasica é uma extensão da classe Thread.

10 Exemplo 1 Thread01.java public class Thread01 { // criacao e start das threads public static void main( String args[] ) { System.out.println("Main: Inicio da Thread main()\n"); // Declaracao de quatro objetos do tipo ThreadBasica ThreadBasica thread1, thread2, thread3, thread4; // criacao de quatro objetos do tipo ThreadBasica thread1 = new ThreadBasica( "thread1" ); thread2 = new ThreadBasica( "thread2" ); thread3 = new ThreadBasica( "thread3" ); thread4 = new ThreadBasica( "thread4" ); System.err.println( "\nmain: Disparando as threads" ); thread1.getreferenciathread(thread2); // start de execucao das quadro Threads thread1.start(); thread2.start(); thread3.start(); thread4.start(); System.err.println( "Main:Threads Basicas iniciadas\n" ); try{ } thread1.join(); thread2.join(); thread3.join(); thread4.join(); catch(interruptedexception x) { } System.out.println("Main: Agora faça o modelo em Rede de Petri desse programa\n"); System.out.println("Main: Fim da Thread main()\n"); } // --- fim do metodo main() } // fim da classe Thread01

11 ThreadBasica.java // Classe ThreadBsica estende a classe Thread // Cada objeto desta classe ira dormir aleatoriamente entre 0 e 5 segundos. class ThreadBasica extends Thread { private int tempo_de_sono; private ThreadBasica namorada = null; // construtor recebe o nome da thread // ele chama o construtor da classe pai (super) public ThreadBasica( String nome ) { super( nome ); // construtor da classe pai // determina o tempo do sono aleatoriamente entre 0 e 5s tempo_de_sono = (int) ( Math.random() * 5000 ); //metodo estatico da classe Math // escreve o nome da thread e seu tempo de sono } System.err.println( "Nome: " + getname() + "; tempo do sono: " + tempo_de_sono ); void getreferenciathread(thread t1) { } namorada = (ThreadBasica) t1; // metodo que ira fazer a execucao da thread public void run() { // escreve que a thread ira dormir try { } System.err.println( getname() + " vai comecar a dormir" ); //Thread.sleep( tempo_de_sono ); sleep(tempo_de_sono); //this.sleep(tempo_de_sono); // tratamento de erro caso haja algum erro durante o processo de sono da thread }/ catch ( InterruptedException interruptedexception ) { } System.err.println( interruptedexception.tostring() ); if(namorada!= null) { try{ namorada.join(); } catch(interruptedexception x) { } } // escreve o nome da thread apos o termino de seu sono System.err.println( getname() + " acordou e agora vai morrer" ); } // fim da classe ThreadBasica

12 Exercício 01 Analise como se chama o método sleep(). Crien THREADs, onde n é definido pelo usuário. Utilize o método join no main para esperar as THREADs terminarem. try{ uma_thread.join( ); // uma_thread.join(tempo)... } catch (InterruptedException e) { }

13 Escalonamento de Threads Prioridade 10 A B Prioridade 9 C Prioridade 8... Prioridade 3 D E F Prioridade 2 Prioridade 1 G

14 Exemplo 02 Prioridades de Threads Utilize o método setpriority(int) para mudar a prioridade de threads Utilize 01 thread com prioridade 1, 01 com prioridade 09 e as outras com prioridade 5. Faça com que uma das threads de alta prioridade durma por 10 ms antes de terminar. Faça com que outra thread de alta prioridade faça uma entrada de dado.

15 Exemplo 03 Problema Produtor X Consumidor - Com buffer de tamanho 1. - Variáveis compartilhadas. - A solução do problema seria utilizar-se duas THREADS: 01 consumidor e 01 produtor. - O que ocorre se não houver sincronização entre a leitura e escrita?

16 UML do Exemplo 03 Thread Principal Produtor escrever Buffer ler Consumidor

17 Exemplo 04 Problema do Produtor X Consumidor com sincronização do Buffer. Em Java, a sincronização entre threads é feita através do conceito de monitores. Monitor é um agrupamento de funções, cujas execuções não podem se dar de forma concorrente.

18 Exemplo 04 Utilizar os métodos multuamente excludentes de um objeto como do tipo synchronized em Java. Utilizar os métodos wait( ) e notify( ) para bloquear e liberar, respectivamente, as threads. Escreva uma classe em Java chamada Semaforo que implente as primitiva P(s) e V(s).

19 Exemplo 5 Utilização da Classe Semarofo para resolver o problema de Produtor- Consumidor: Utilizar dois objetos (instâncias) da classe Semaforo. s1 e s2 Valores iniciais: s1 = 1; s2 = 0;

20 A interface Runnable Para utilizar multithreads em Java é necessário instanciar um objeto de uma classe que estende a classe básicathread, certo? Uma vez que Java não possui herança múltipla, como eu posso utilizar um objeto, cuja classe já é derivada, como no caso da ClasseThread? public class Filho extends Pai extends Thread {. } // isto nao eh possivel em Java

21 A interface Runnable A solução encontrada em Java foi a utilização de uma interface: Runnable No caso, tem-se de implementar esta interface, que possui o método run( ). public class Filho extends Pai implements Runnable Ao implementar uma interface, a classe se capacita a ser tratada como se fosse um objeto do tipo da inteface implementada. Se a classe Filho implementar a interface Runnable, ela pode ser tratada como tal.

22 A interface Runnable Cria-se uma thread (Classe Thread), passando para o seu construtor uma referência do objeto que implementa a interface Runnable. Thread uma_thread = new Thread(Runnable obj_thread) Thread uma_thread = new Thread(Runnable obj_thread, String nome_da_thread)

23 Solução Baseada na Interface Runnable Classe A Thread referência Classe B Runnable

24 Solução Baseada em Herança da Classe Thread Thread Classe B instanciação

25 Exemplo 6 Classe para exemplificar a utilização da interface Runnable para implementação de Threads.