Thread

Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung & Threads
Praktikum aus Softwareentwicklung 2
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1
Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
& Threads
• Netzwerkprogrammierung
– URL, URLConnection, UDP, TCP
• Threads
– Parallele Programme, Synchronisation, …
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2
Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
Grundlagen (1/2)
• Kommunikation zwischen verteilten Programmen
Host Computer
Host Computer
Java Virtuelle
Maschine
JavaVirtuelle
Virtuelle
Java
JVM, Web Server,
Maschine
Maschine
Datenbank,
Ftp..
Netzwerk-Betriebssystem
Netzwerk-Betriebssystem
Netzwerk
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3
Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
Grundlagen (2/2)
• ISO OSI, IP und Java - http://www.ethereal.com/
OSI 7 Schichten
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data Link
Physical
Internet
java.net
URL etc.
http, ftp, telnet, ...
Streams
TCP, UDP
Internet Protocol
Ethernet, Token
Ring, FDDI, ..
Socket…
InetAddress
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4
Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
HTTP und URLs
• Hypertext Transfer Protocol (HTTP/1.1)
• Uniform Resource Locator
protocol :// [user@] host [:port] /filepath [ref]
– RFC2396… http://www.rfc-editor.org/
http://www.w3.org/Addressing/URL/url-spec.html
• Beispiele:
–
–
–
–
–
http://www.somewhere.com:80/remoteSurvey.html
https://secure.tiscover.com:443
ftp://www.nowhere.net/
file://D:/tmp/bsp.html
mailto://[email protected]
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5
Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
Verwendung von URLs
• Ein Objekt der Klasse java.net.URL repräsentiert
eine Ressource im Internet
try {
URL u = new URL("http://java.sun.com/index.html");
} catch(MalformedURLException e) { … }
// URL(String protocol, String host, int port, String file)
• Parsen:
u.getProtocol();
u.getHost(); // ... (File, Port, Ref)
• Direktes Lesen von einer URL:
InputStream in = u.openStream();
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6
Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
URLConnection
• Verbindung wird durch ein URLConnection Objekt
repräsentiert und bei dessen Instanziierung
aufgebaut. Generell ist das Erzeugen einer Connection
zu einem Url ein mehrstufiger Prozess.
URLConnection uc = u.openConnection();
u.connect();
• Datenaustausch erfolgt über Streams der
URLConnection
InputStream ui = uc.getInputStream();
OutputStream uo = uc.getOutputStream();
• HttpURLConnection
HttpURLConnection http_uc = (HttpURLConnection)uc;
uc.getRequestMethod();
uc.getResponseMessage();
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
Beispiel: "mailto:"
import java.io.*;
import java.net.*;
...
System.setProperty("mail.host", „smtp.tiscover.com");
URL u = new URL("mailto:[email protected]");
URLConnection conn = u.openConnection();
PrintWriter out = new PrintWriter(
new OutputStreamWriter(conn.getOutputStream()));
out.println("Subject: Test");
out.println();
out.println("Hello World!");
out.close();
...
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
TCP/IP, UDP
• Internet Protocol (IP)
– Routing der IP-Pakete (versehen mit Empfänger, Sender)
• Transport Control Protocol (TCP)
– Verbindung über gemeinsamen Kommunikationskanal
– Stückelt Nachricht in mehrere durchnummerierte Pakete
– Überprüft ob Paket Ziel erreicht hat, ansonsten Wiederholung
– Empfänger setzt Pakete in richtiger Reihenfolge wieder
zusammen
• Uniform Datagram Protocol (UDP)
– Keine ständige Verbindung - zustandslos
– Jedes Paket wird einzeln gesendet
– Paket kann verloren gehen, keine Kontrolle
– Multicast ist möglich
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
Sockets
• Sockets sind die Schnittstelle zwischen Anwendung
und Netzwerkverbindung
• Host:Port zur Identifizierung der Anwendungen
Host 1
169.254.235.246
Client
9951
UDP: Pakete
TCP: Stream
Host 2
169.254.235.247
80
HttpServer
• Die "Server"-Anwendung wartet auf einem
vereinbarten Port auf Verbindungsaufnahmen durch
Client-Anwendungen
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
UDP – paketorientiert
• Datenaustausch basiert auf Paketen (Datagramme)
• DatagramPacket repräsentiert Datenpaket
– Paket zum Senden:
DatagramPacket(byte[] buf, int length,
<Host>, <Port>)
– Paket zum Empfangen:
DatagramPacket(byte[] b, int len)
• DatagramSocket zum Senden und Empfangen
public void send(DatagramPacket d);
public void receive(DatagramPacket d);
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
UDP – Senden/Empfangen
• Initialisierung
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9998);
• Request schicken
InetAddress address =
InetAddress.getByName("host");
DatagramPacket packet =
new DatagramPacket(buf, buf.length, address, 8889);
socket.send(packet);
• Response empfangen
packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
socket.receive(packet);
String received = new String(packet.getData());
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
TCP – verbindungsorientiert
•
•
•
•
Kommunikation erfolgt bidirektional über Sockets
Socket := (Host, Portnummer)
Implementierung des Datenaustausches mit Streams
Client stellt Verbindung her durch Instanziierung
eines Socket Objektes
• Server ist implementiert durch ServerSocket und
wartet auf einer bestimmten Portnummer auf
Anfragen:
public Socket accept();
• Verbindungsabbruch durch Schließen des Sockets
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
Verbindungsaufbau
• Client
Socket s = new Socket(<Host>,<Port>);
InputStream si = s.getInputStream();
OutputStream so = s.getOutputStream();
• Server (gestartet auf <Host>)
ServerSocket ss = new ServerSocket(<Port>);
Socket s = ss.accept(); // blockierend
InputStream from_so = s.getInputStream();
OutputStream to_si = s.getOutputStream();
• Das Socket Objekt repräsentiert die Verbindung
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
Datenaustausch
• Lesen vom InputStream, schreiben auf den OutputStream
• Protokoll muss vereinbart werden
– Kodierung der Daten
– Koordination der Aktivitäten (Kontrollfluss)
• Beispiel: Simple Mail Transfer Protocol (RFC-821)
– Zeilenweiser Austausch von Kommandos und Statusantwort
– Client sendet Kommando an den SMTP-Server
(z.B. "MAIL FROM:<[email protected]>\r\n")
– Server antwortet mit Status-Code
(z.B. "250 OK\r\n")
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Netzwerkprogrammierung
& Threads
• Netzwerkprogrammierung
– URL, URLConnection, UDP, TCP
• Threads
– Parallele Programme, Synchronisation, …
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Eigenschaften
• "Heavy-weight" Prozess
–
–
–
–
Adressraum
Ausführungszustand
Programmzähler, Ausführungs-Stack
eventuell mehrere Threads
• "Light-weight" Prozess (Thread)
– teilt sich den Adressraum mit seinem Parent und anderen Threads
– jeder Thread ist ein eigener, sequentieller Kontrollfluss mit einem
eigenen Programmzähler, Ausführungs-Stack und Zustand
– User-Thread
– Daemon-Thread: terminieren automatisch, wenn der letzte
nicht-Daemon Thread beendet wird
• Paralleler Ablauf des Parent-Prozesses und aller
Threads
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Implementierung von Threads
• Ableiten von der Klasse java.lang.Thread und
Überschreiben der Methode run
• Implementierung des Interfaces Runnable und
Übergabe des Objekts an ein Thread Objekt im
Konstruktor
class Clock implements Runnable {
public void run() { ... }
}
…
Clock clk = new Clock();
Thread clkThread = new Thread(clk).start();
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Beispiel: SimpleThread
Runnable
Thread
void run()
void start()
SimpleThread
void run()
Hauptprogramm von
SimpleThread
LeerImplement
ierung
VM erzeugt
OS-Thread
und ruft
run() auf
public class ThreeThreadsTest {
public static void main (String[]
args) {
new SimpleThread("Jamaica").start();
new SimpleThread("Fiji").start();
new SimpleThread(„Bora").start();
}
}
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Lebenszyklus
Alive
wait
yield
Created
new
start
Running
sleep
[sleeptime is
over]
Suspended
notify[All]
interrupt
Stopped
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
SimpleThread Sequenzdiagramm
ThreeThreadsTest:Class
main
new
start
new
jamaica:SimpleThread
run
fiji:SimpleThread
start
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run
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Thread, Runnable und Object
<<interface>>
Object
notify ()
notifyAll ()
wait ()
...
Thread
<<realizes>>
Runnable
run()
Thread (name: String)
Thread (r: Runnable)
start ()
run ()
sleep (millis:long)
yield ()
interrupt ()
isInterrupted ()
join ()
isDaemon ()
setDaemon ()
...
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Beispiel: Time Server
public class TimeServer {
public static void main (String args[])
throws IOException {
ServerSocket server = new ServerSocket(1234);
while (true) {
System.out.println("Waiting for client...");
Socket client = server.accept();
System.out.println("Client from" +
client.getInetAddress() + "connected.");
TimeHandler handler = new TimeHandler(client);
new Thread(handler).start();
}
}
}
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Beispiel: Time Handler
public class TimeHandler implements Runnable {
private Socket client;
public TimeHandler(Socket _client) { client = _client; }
public void run () {
try {
DataOutputStream out = new DataOutputStream(
new BufferedOutputStream(client.getOutputStream()));
Date date = new Date();
System.out.println(date.toString());
out.writeUTF(date.toString());
out.flush();
client.close();
} catch (IOException e) { System.err.println(e); }
}
}
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Prioritäten
• Jeder Thread hat bestimmte Priorität
public final static int MAX_PRIORITY = 10;
public final static int NORM_PRIORITY = 5;
public final static int MIN_PRIORITY = 1;
• Priorität kann selbst definiert werden:
public final void setPriority(int np);
public final int getPriority();
• Thread mit höchster Priorität läuft bis zum ThreadEnde
• Scheduling nur für Threads mit gleicher Priorität
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25
Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Synchronisation (1/2)
• Schlüsselwörter
– Variablen: volatile
– Codeblöcke und Methoden: synchronized
Blöcke können auch verschachtelt sein
• Jedes Objekt hat einen Monitor (realisiert Lock)
– Eintritt in einen synchronized Block des Objekts nur
möglich, wenn Zählerstand des Monitors auf 0, bei Eintritt
wird Zählerstand erhöht.
– Nicht-synchronized Methoden können immer ausgeführt
werden.
– synchronized wird nicht vererbt
Object
Monitor
int count
holder
0..1
Thread
waiter
*
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26
Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Synchronisation (2/2)
• <Object>.wait()
– ein Thread, der einen Lock auf <Object> hat, wird
unterbrochen und kommt in eine Warteschlange
– Monitor wird freigegeben (Zähler auf 0 gesetzt)
• <Object>.notify() oder notifyAll()
– Ein Thread H (holder) gibt Zustandsänderung bekannt
– Ein Thread W (waiter) kommt aus der Warteschlange und
blockt, bis H Monitor freigibt durch:
• Beenden, bzw. Verlassen des synchronized Blocks
• Geht selbst in Warteposition mit wait()
– Wenn W Monitor erhält, wird er aktiviert
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Producer / Consumer Beispiel (1/2)
Consumer
Thread
Producer
Thread
put()
Data
Object
get()
• Consumer muss mit dem Lesen warten bis
aktuelle Daten vorhanden sind
• Producer muss mit dem Schreiben warten, bis
Consumer die aktuellen Daten abgeholt hat
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Producer / Consumer Beispiel (2/2)
Data
Producer
1
run ()
Wartet bis
Daten von C.
gelesen
val : int
newValue : boolean
get (): int
put (i:int)
class Producer extends Thread {
Data dat;
Producer(Data dat) {
this.dat = dat;
}
public void run() {
while (1==1) {
dat.put(i); ...
}
}
}
Consumer
1
run ()
Wartet bis
Daten von P.
geliefert
class Consumer extends Thread {
Data dat;
Consumer(Data dat) {
this.dat = dat;
}
public void run() {
while (1==1) {
System.out.println(dat.get());
...
}
}
}
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Implementierungsdetails (1/2)
• Schreiben auf Data
public synchronized void put(int i) {
while (newValue) {
try {
wait();
} catch(InterruptedException e) {}
}
val = i;
newValue = true;
notifyAll();
}
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Implementierungsdetails (2/2)
• Lesen von Data
public synchronized int get() {
while (!newValue) {
try {
wait();
} catch(InterruptedException e) {}
}
newValue = false;
notifyAll();
return val;
}
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Threads
Gruppen
• Gruppierung von Threads
• Gemeinsame Eigenschaften, gemeinsame
Manipulation
• Jeder Thread gehört zu einer Thread Gruppe
(Zuordnung bei Instanziierung)
public Thread(ThreadGroup group,String name)
public final ThreadGroup getThreadGroup()
• Klasse ThreadGroup
public
public
public
public
ThreadGroup(String name)
ThreadGroup(ThreadGroup parent,String name)
static int enumerate(Thread[] tarray)
void destroy()
• Thread Gruppen können geschachtelt sein
(Baum) public ThreadGroup getParent()
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Praktikum aus
Softwareentwicklung 2
Ende der 3. Übung
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