Współbieżność w Javie

Laboratorium 1

Wątki

  1. Wątek a proces

  1. Kernel threads, user threads i Leightweight Processes LWP. Mieszany model systemu Solaris

  1. standard POSIX threads

Wątki w języku Java

  1. Wbudowane w język
  2. Dwa rodzaje implementacji
    • Przez dziedziczenie z klasy Thread

Klasa: 

class MyThread extends Thread {
     . . .
     public void run() {
          . . .
     }
}

Tworzenie obiektu i uruchamianie wątku: 

MyThread t = new MyThread();
t.start();
    • Przez implementację interfejsu Runnable

Klasa: 

class MyThreadR implements Runnable {
     . . .
     public void run() { 
          . . . 
     } 
}

Tworzenie i uruchamianie: 

MyThreadR r = new MyThreadR();
Thread t = new Thread(r);
t.start();
  1. Metoda run() 
4.  public void run() { 
5.    // kod wątku
6.    }
  1. Klasa Thread 
o   void setName(String name)
o   String getName()
o   void setPriority(int newPriority)
o   int getPriority()
o   void join()
o   static void sleep(long milis, int nanos)
o   public static Thread currentThread()
o   String toString()

Wątki w JVM

  1. Architektura JVM

  1. Obszary pamięci:
    • Dzielone pomiedzy watki

    • Prywatne dla kazdego watku

  1. Cykl życia wątku, stany wątku

  1. Szeregowanie wątkow w Javie
    • Ogólne pojęcia szeregowania: wywłaszczania (preemption), podziału czasu (time-slicing, time-sharing), priorytety.
    • Dokładne zachowanie się wątków jest zależne od platformy.
    • Wątki mogą być zaimplementowane całkowicie w przestrzeni użytkownika lub korzystać z natywnych interfejsów platformy.
    • Wątkom można przypisać priorytety (1-10). Jedyną gwarancją jest to, że wątkom o najwyższym priorytecie zostanie przydzielony CPU. Wątki o niższym priorytecie mają gwarancję przydziału CPU tylko wtedy, gdy wątki z wyższym priorytetem są zablokowane, w przeciwnym wypadku nie ma tej gwarancji.
    • Specyfikacja nie zakłada podziału czasu.
    • Operacje odczytu i zapisu danych typów prostych (primitives) pomiędzy pamięcią główną a roboczą pamięcią wątku są atomowe. Jedynym wyjątkiem mogą być operacje na 64-bitowych typach long i double, które mogą być zrealizowane jako dwie operacje 32-bitowe.
    • Reguly szeregowania
      • W każdym momencie, spośród kilku wątkow w stanie RUNNABLE wybierany jest ten o najwyższym priorytecie
      • Wykonywany wątek może być wywłaszczony, jeśli pojawi się wątek o wyższym priorytecie, gotowy do wykonania
      • Jeśli wiele wątków ma ten sam priorytet, wybierany jest jeden z nich, wg kolejności (round-robin)
      • Na niektórych systemach może być zaimplementowany podział czasu (wątki sa wywłaszczane po upływie kwantu czasu)

Wyścig

  1. Więcej niż jeden wątek korzysta jednocześnie z zasobu dzielonego, przy czym co najmniej jeden próbuje go zmienić
  2. Przyczyna niedeterministycznego zachowania się programu
  3. Może prowadzić do trudnych do wykrycia błędów
  4. Pojęcie thread-safety (bezpieczeństwo dla wątków, wielobieżność)

Ćwiczenie

Zadania.

Do przeczytania

Przeczytać rozdział 20 Thread Synchronization z książki Inside the Java Virtual Machine

 

Zadanie dodatkowe

 

W systemie dziala N wątkow, które dzielą obiekt licznika (początkowy stan licznika = 0).

Każdy wątek wykonuje w pętli 5 razy inkrementację licznika. Zakładamy, że inkrementacja składa się z sekwencji trzech instrukcji: read, inc, write (odczyt z pamięci, zwiększenie o 1, zapis do pamięci). Wątki nie są synchronizowane.

1. Jaka jest teoretycznie najmniejsza wartość licznika po zakończeniu działania wszystkich wątków i jaka kolejność instrukcji (przeplot) do niej prowadzi?

2. Spróbować znaleźć dowód, że będzie to zawsze najmniejsza wartość.

Bibliografia

  1. Jacek Rumiński, Język Java. Rozdział o wątkach
  2. Bill Venners, Inside the Java Virtual Machine (rozdz. 5, The Java Virtual Machine), McGraw-Hill Companies; 2nd Bk&Cdr edition, 2000.

Włodzimierz Funika, funika at agh.edu.pl