Inhaltsverzeichnis

Kapitel 22 - Multithreading in Java
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I.
Allgemeines über Threads und Threads in Java
II.
Die Klasse 'Thread'
III.
Das Interface 'Runnable'
IV. Synchronisation
V.
Verwaltung von Threads
VI. Quellen
Kapitel 22 - Multithreading in Java
I. Allgemeines über Threads und Threads in Java (1/3)
Über Threads
Was ist eigentlich ein Thread?
●
●
Bedeutung des Wortes 'Thread': Faden, Strang
Bedeutung in der Informatik: Ein Thread ist
”Abarbeitungsfaden” eines Prozesses.
Was ist der Unterschied zu einem Prozess?
●
Ein Prozess ist die Gesamtheit aller von einem
Programm zur Laufzeit ausgelösten Vorgänge, ein
Thread hingegen nur ein ”Strang” dieser.
Wozu Threads?
●
Um mehrere Dinge gleichzeitig bzw. quasi gleichzeitig bearbeiten zu können
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
I. Allgemeines über Threads und Threads in Java (2/3)
Über Threads
Wozu Threads? (Fortsetzung)
●
Um auf die Möglichkeiten moderner
Mehrkernprozessoren zurückgreifen zu können.
Bestandteile und Aufbau eines Threads
●
Jeder Thread hat seinen eigenen Stack, kann jedoch
zusammen mit anderen Threads auf gemeinsame
Variablen und Methoden des Prozesses zugreifen.
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
I. Allgemeines über Threads und Threads in Java (3/3)
Java und Threads
●
●
●
●
●
Threads waren von Beginn an in Java vorgesehen
Die Threadfähigkeit des zu Grunde liegenden
Betriebssystems spielt bei Java nicht unbedingt eine Rolle,
da die Organisation der Threads von der virtuellen
Maschine übernommen wird
Verfügt das Betriebssystem über Threadfähigkeiten, kann
die VM auch diese nutzen
Der durch die Nutzung von Threads erzeugte Overhead
(Verwaltungsaufwand) ist recht gering und kann meist
vernachlässigt werden
Alle notwendigen Klassen befinden sich in 'java.lang',
sollten also immer verfügbar sein.
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
II. Die Klasse Thread (1/5)
Threadfähigkeit mittels Vererbung
●
Um eine Klasse threadfähig zu machen, kann man
diese von der Klasse 'Thread' ableiten
class TestClass extends Thread { ...
●
Startet nun dieser Thread, wird automatisch die
Methode 'run()' ausgeführt. Diese ist von 'Thread'
geerbt und existiert daher immer. Um eigene
Funktionen auszuführen, muss sie jedoch überladen
werden.
public void run ( ) { ...
// Eigene Funktionalität
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
II. Die Klasse Thread (2/5)
Aufruf von Threads
●
Achtung: Der neue Thread wird nicht über die Methode
'run()' aufgerufen, sondern über die geerbte Methode
'start()'!
// Aufruf einer Instanz von TestClass
TestClass test = new TestClass();
test.start();
●
Eine einfache, aber nicht zu empfehlende Methode
zum Abbrechen eines Threads ist der Aufruf der
Methode 'stop()' (Compiler - Warning).
// ”Gewaltsames” Stoppen eines Prozesses
test.stop();
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
II. Die Klasse Thread (3/4)
Abbrechen eines Threads
●
●
Möchte man einen laufenden Thread abbrechen, sollte
man dort Unterbrechungsanforderungen vorsehen, die
z.B. auf ein entsprechendes Signal reagieren.
Derartige Signale sind bereits vorgesehen und durch
die Klasse 'Thread' implementiert.
public void interrupt()
➔
Setzt für den zugehörigen Thread die
Unterbrechungsanforderung.
public boolean isInterrupted ()
➔
Prüft, ob das Unterbrechungsflag gesetzt ist (falls es
gesetzt ist, Rückgabewert 'true').
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
II. Die Klasse Thread (4/5)
Weitere Methoden
public static boolean interrupted()
➔
Mit dieser statischen Methode kann man den Status
des Flags abfragen
●
'void suspend()' - pausiert einen Thread*
●
'void resume()' - setzt den pausierten Thread fort*
●
●
'boolean isAlive()' - überprüft, ob ein Thread noch
aktiv ist (Rückgabe wert 'true' zeigt Aktivität)
'void join()' - wartet, bis ein Thread beendet wurde
(kann in der aufrufenden Methode genutzt werden um
z.B. auf ein Ergebnis zu warten)
* deprecated, nicht empfohlen
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
II. Die Klasse Thread (5/5)
Grafik zu Zuständen von Threads
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
III. Das Interface 'Runnable' (1/3)
Funktion von 'Runnable'
●
Möchte man eine Klasse, die von einer anderen Klasse
abgeleitet wurde, mit Threadfunktionalität ausstatten,
so steht wegen der fehlenden Mehrfachvererbung in
Java der oben gezeigte Weg nicht zur Verfügung.
●
Stattdessen gibt es das Interface 'Runnable'
●
Wie geht man bei Nutzung von 'Runnable' vor?
Instanz der Klasse (muss Runnable
implementieren), für der Thread erzeugt werden
soll, anfordern
➔ Instanz der Klasse 'Thread' anfordern und dem
Konstruktor die Referenz der obigen Klasse
übergeben
➔ Die Methode 'start()' des Thread - Objektes
aufrufen.
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➔
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
III. Das Interface 'Runnable' (2/3)
Funktion von 'Runnable'
●
Beispiel:
// Instanziierung der eigentlichen
// Funktionsklasse
FunktionsKlasse A = new FunktionsKlasse();
// Instanziierung des zugehörigen
// Threadobjektes
Thread B = new Thread(A);
// Start des eigentlichen Threads
B.start();
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
III. Das Interface 'Runnable' (3/3)
Wrapper - Klassen
●
➔
➔
Möchte man bereits bestehende Klassen mit
Multithreading - Funktionen versehen, so kann dies
durch Erweiterung um eine Wrapper - Klasse
geschehen
Ein von der alten (zu erweiternden) Klasse abgeleitete
Klasse implementiert zusätzlich 'Runnable'
Die Methoden, die den Aufruf für die alte Klasse
enthalten, werden in der Form überladen, dass sie
einen neuen Thread erstellen und in diesem (genauer:
in der Methode 'run()' die alten Methoden aufrufen
(Stichwort: Schlüsselwort 'super')
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
IV. Synchronisation (1/4)
Problem
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➔
➔
➔
➔
Greifen 2 Threads z.B. auf einen Datensatz zu, so kann
es wegen des ungewissen Laufzeitsverhaltens zu
folgender Situation kommen:
Thread 1 beginnt auf den Datensatz zu schreiben
Thread 2 unterbricht ihn während dessen und
überschreibt alle Daten
Thread 1 wird fortgesetzt und schreibt den Rest seiner
Daten
Folge: Der Datensatz kann damit inkonsitent werden
(Daten zweier unterschiedlicher Threads gemischt)
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
IV. Synchronisation (2/4)
Monitore
●
➔
Ein Lösungsansatz für das beschriebene Problem ist,
kritische Bereiche von Threads (hier: das Schreiben der
Datensätze) ”ununterbrechbar” zu machen
Dies geschieht durch das Schlüsselwort 'synchronized',
welches auf verschiedene Art für Objekte aufgerufen
werden kann
Will man z.B. einen bestimmten Block einer Methode
sperren:
synchronized ( getClass() ){ /* kritischer Code
*/ };
➔
Oder zum Sperren einer ganzen Methode
public synchronized void methode () { /*
Methodencode*/ };
➔
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
IV. Synchronisation (3/4)
'wait()' und 'notify()'
●
➔
➔
Ist ein Objekt mit synchronized gesperrt, kann man mit
'wait()' und 'notify()' Einfluss nehmen
'wait()' - entfernt die Sperren temporär wieder und
setzt den aufrufenden Thread auf eine Warteliste des
Objekts (der aufrufende Thread wird daraufhin
pausiert)
'notify()' - aktiviert den wartenden Thread und stellt
dessen Sperre wieder her (der mit 'wait()'
zurückgestellte Prozess wird also fortgesetzt)
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
IV. Synchronisation (4/4)
Pipes
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Java bietet, um die Kommunikation zwischen einzelnen
Threads, wie im vorigen Beispiel, zu vereinfachen das
Konzept der Pipes
Dabei werden 2 Threads über einen Bytestream
miteinander verbunden, wobei ein Thread Daten
hineingibt und ein anderer diese Daten ausliest
(unidirektional)
Konkret wird der Konsument dann aufgerufen, wenn
der Buffer des Bytestreams (1024 Bytes) voll ist
Um die genaue Synchronisation muss man sich damit
nicht mehr kümmern
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
V. Verwaltung von Threads (1/3)
Namen
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Jeder Thread in Java hat einen Namen (String)
Wird kein Name explizit vergeben, so wird dieser vom
Kontruktor standardmäßig auf 'Thread ' +
Ordnungszahl gesetzt
Alternativ kann dem Konstruktor ein Name übergeben
werden
Ansonsten ist die Änderung des Namens zur Laufzeit
möglich mit
String getName( );
●
Gibt den Namen des Threads zurück
void setName( String name );
➔
➔
Setzt den Namen des betreffenden Threads neu
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
V. Verwaltung von Threads (2/3)
Prioritäten
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Die Priorität eines Threads hat direkten Einfluss auf
seine Behandlung durch den Scheduler
Wird nichts anderes definiert, so wird die Priorität des
aufrufenden Threads für den neuen Thread genommen
Mögliche Werte sind z.B.:
➔ public final static int MIN_PRIORITY = 1
➔ public final static int NORM_PRIORITY = 5
➔ public final static int MAX_PRIORITY = 10
Eingestellt werden kann die Priorität mit der Methode
➔ void setPriority ( int Priority );
Auslesen ist mittels der folgenden Methode möglich
➔ int getPriority ( );
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
V. Verwaltung von Threads (3/3)
Thread - Gruppen
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Thread - Gruppen fassen voneinander abhängende
Threads zu Gruppen zusammen, für die man gemeinsame
Methoden oder Verwaltungsfunktionen nutzen kann
Nützlich bei intensiver Nutzung von Threads
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Kapitel 22 - Multithreading in Java
VI. Quellen
Quellen
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Guido Krüger, Thomas Stark - Handbuch der Java Programmierung
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Wikipedia
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http://www.nt.fh-koeln.de/fachgebiete/inf/diplom
Danke für die Aufmerksamkeit
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