Programação Concorrente com Thread Java - DCA

Programação Concorrente
com Thread Java
Luiz Affonso Guedes
Sistemas Distribuidos
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
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,…
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.
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.
Estados de uma Thread em Java
Término do tempo de dormida
nascimento
start( )
notify( )
Fim da E/S
pronta
notifyAll( )
run( )
Alocar um processador
executando
wait( )
esperando
sleep( )
dormindo
Fim do
Método run( )
morta
E/S
bloqueada
Prioridade de Thread
• Em Java, a prioridade é determinada com
um inteiro entre 1 e 10.
• A prioridade padrão é o valor 5.
• 10 é a maior prioridade e 1 é a menor.
• A THREAD herda a prioridade da
THREAD que acriou.
• void setPriority(int prioridade);
• int getPriority( );
Algoritmo de Escalonamento
Prioridade 10
Prioridade 9
A
B
C
Prioridade 8
.
.
.
Prioridade 3
D
E
Prioridade 2
Prioridade 1
G
F
Exemplo 01
• O programa cria 04 threads e as coloca
para dormir.
• ThreadBasica é uma extensão da classe
Thread.
Exemplo 1 – Thread01.java
public class Thread01 {
// start de execucao das quadro Threads
// criacao e start das threads
thread1.start();
public static void main( String args[] )
thread2.start();
{
thread3.start();
System.out.println("Main: Inicio da Thread main()\n");
thread4.start();
System.err.println( "Main:Threads Basicas iniciadas\n" );
// Declaracao de quatro objetos do tipo ThreadBasica
try{
ThreadBasica thread1, thread2, thread3, thread4;
thread1.join();
thread2.join();
// criacao de quatro objetos do tipo ThreadBasica
thread3.join();
thread1 = new ThreadBasica( "thread1" );
thread4.join();
thread2 = new ThreadBasica( "thread2" );
}
thread3 = new ThreadBasica( "thread3" );
catch(InterruptedException x) { }
thread4 = new ThreadBasica( "thread4" );
System.out.println("Main: Agora faça o modelo em Rede
de Petri desse programa\n");
System.err.println( "\nMain: Disparando as threads" );
thread1.getReferenciaThread(thread2);
System.out.println("Main: Fim da Thread main()\n");
} // --- fim do metodo main()
} // --------- fim da classe Thread01
ThreadBasica.java
// Classe ThreadBsica estende a classe Thread
// metodo que ira fazer a execucao da thread
public void run()
{
// escreve que a thread ira dormir
try {
// Cada objeto desta classe ira dormir aleatoriamente entre
0 e 5 segundos.
System.err.println( getName() + " vai comecar a
dormir" );
class ThreadBasica extends Thread {
//Thread.sleep( tempo_de_sono );
private int tempo_de_sono;
sleep(tempo_de_sono);
private ThreadBasica namorada = null;
//this.sleep(tempo_de_sono);
// 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;
}
}
// 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
Exercício 01
– Analise como se chama o método sleep().
– Crie n 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) { … }
Escalonamento de Threads
Prioridade 10
Prioridade 9
A
B
C
Prioridade 8
.
.
.
Prioridade 3
D
E
Prioridade 2
Prioridade 1
G
F
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.
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?
UML do Exemplo 03
Thread
Principal
Consumidor
Produtor
escrever
Buffer
ler
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.
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).
Exemplo 5
• Utilização da Classe Semarofo para
resolver o problema de ProdutorConsumidor:
– Utilizar dois objetos (instâncias) da classe
Semaforo.
• s1 e s2
• Valores iniciais: s1 = 1; s2 = 0;
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
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.
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)
Solução Baseada na Interface
Runnable
Thread
Classe A
referência
Classe B
Runnable
Solução Baseada em Herança da
Classe Thread
Thread
Classe B
instanciação
Exemplo 6
• Classe para exemplificar a utilização da
interface Runnable para implementação
de Threads.