Analisi e progettazione concorrente (esempi con Java) Analisi e progettazione concorrente. Task e thread

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1 Bibliorafia e riferimenti,6 PRG % &RUVR GL,QJHJQHULD GHO 6RIWZDUH 80/ Analisi e proettazione concorrente (esempi con Java) - Hassan Gomaa: Desinin concurrent distributed and real time applications with UML, Addison Wesley Reference manual UML.4 - JDK.4 DOC ( Sun Microsystems ) Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - - Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - - Task e thread Analisi e proettazione concorrente elementi di prorammazione concorrente task heavyweiht process: scambio di contesto oneroso possiede e controlla il proprio spazio di memoria lihtweiht process: thread scambio di contesto essenziale condivide spazi di memoria con heavyweiht process In questo modulo, le considerazioni di analisi fatte con thread di applicano anche ai task e viceversa Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - 4 -

2 Thread Multithreadin / multitaskin [cond] A C [not cond] B Un thread rappresenta l esecuzione sequenziale di istruzioni ( o di attività ), molte volte in un contesto concorrente. Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Oetti attivi e passivi Oetti attivi e passivi Oetti passivi: aspettano un messaio per invocare una operazione, non fanno partire mai delle attività. Non hanno thread di controllo. Oetti attivi: sono task concorrenti. Hanno il loro thread di controllo (hanno la propria vita ). Possono far partire delle azioni che coinvolono altri oetti. Una operazione di un oetto passivo, una volta invocato da un oetto attivo, va in esecuzione in un thread di controllo dell oetto attivo. :oetto passivo :oetto attivo Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - 8 -

3 Oetti attivi e passivi () Problemi in thread concorrenti Oetti contemporaneamente attivi e passivi : in Java, e possibile per un oetto incapsulare un thread, ma anche avere operazioni (metodi) che possono essere invocate da altri thread. Mutua esclusione ( su risorse condivise ) (es. uso di semafori ) Sincronizzazione (es.con senali asincroni ) Produttore consumatore (es. con monitor ) Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Mutua esclusione Sincronizzazione con messai con o senza comunicazione dati aquire (Semaforo); // oppure wait ( S ) timerevent X.usoDellaRisorsaCondivisa( ); // sezione critica release (Semaforo); // oppure sinal( S ) external event : sender internal event : receiver sinal( event ) wait( event ) Dijkstra: P(semaforo) SezioneCritica V(semaforo). send receive Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - - Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - -

4 Sincronizzazione con messai send ( in dest, in ms) il processo inviante e bloccato fino a che il ms è ricevuto il processo inviante invia il ms e continua receive( in sor, out ms) se il ms è ià stato inviato, viene acquisito e l esecuzione continua se il ms non è ancora stato inviato: il proc. è bloccato in attesa; il proc. continua perdendo il ms. Blokin send - blokin receive: tiht synchronization o rendezvous Nonblokin send - blokin receive: la più comune Nonblokin send - Nonblokin receive. dest/sor: proc. mailbox Es. sincronizzazione event sinal senza comunicazione dati (senza conferma => canale asincrono) pick: robot while( lavorodafare ) preparapezzo( ) posizionapezzo( ) sinal( pezzopronto ) wait( pezzolavorato ) prelevapezzo( ) endwhile pezzopronto pezzolavorato drill: robot while( lavorodafare ) wait( pezzopronto ) lavorapezzo( ) sinal( pezzolavorato) endwhile... quando la situazione è più complessa pericolo di deadlok Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Tihtly coupled messae communication whith replay (con conferma => canale sincrono) Produttore consumatore con monitor telecamera IDmessae replay_fatto : robot write( in dato ) :Produttore while( lavorodafare ) endwhile identificapezzo( ) send ( IDmessae ) // attesa conferma wait ( replay_fatto ) while( lavorodafare ) endwhile receive( IDmessae ) * lavorapezzo(... ) send( replay_fatto ) * puo essere la receive stessa che invia conferma di ricevuto «monitor - object» :Buffer :Consumatore read( out dato ) Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - 6 -

5 Inter task communication con monitor queue connector Inter task communication con monitor queue connector send( in messaio ) :Produttore «monitor - object» :MessaeQueue :Consumatore receive( out messaio ) class MessaeQueue: Monitor coda: Tcoda public send( in messaio ) while ( coda.codapiena( ) ) wait deposita messaio in coda sinal end send public receive( out messaio ) while ( coda.codavuota( ) ) wait preleva messaio dalla coda sinal end send endclass MessaeQueue Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Thread java: stati Runnable Thread e sincronizzazione in Java start( ) new Thread Standby [ termina metodo run ] Dead Ready scheduler Runnin [preemption] [ sleep end ], [ join done ], interrupt( ) Halted sleep( lon ), join(. ) wait( ) [ block on synchr.] Blocked in wait notify( ), notifyall( ) interrupt( ) Blocked in lock [ not block] Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - 0 -

6 Thread java: metodi () Thread java: metodi () join( ) il thread corrente aspetta che il thread, sul quale la join è invocata, termini join( lon t ) aspetta per t millisecondi che il thread, sul quale la join è invocata, termini new AltroThread azionivarie( ) run( ) di tt azionivarie( ) // questo è un metodo di un thread xx public void provajoin( ) AltroThread tt = new AltroThread( ); tt.start( ); // fork azionivarie( ); // thread xx in parallelo con tt try tt.join( ); // thread xx aspetta tt catch( interruptexception e) azionivarie( ); // thread xx continua senza tt // provajoin Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - - Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - - Thread java: metodi () Thread java: metodi (3) static sleep( lon t ) ; // aspetta t millisecondi wait( ) aspetta finche un altro thread invochi una notify( ), od una notifyall( ) sono metodi invocati su un oetto rendezvous da metodi synchronized wait( lon t ) taxista cliente e taxi Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - 4 -

7 interrupt( ); // interrompe il thread Thread java: metodi (4) class SimpleThread extends Thread public SimpleThread( Strin str ) super(str); // nome del thread public void run( ) // override il metodo vuoto for (int i = 0; i < 0; i++) System.out.println(i + " " + etname( )); try sleep((lon)(math.random( ) * 00)); catch (InterruptedException e) //for System.out.println("DONE! " + etname()); //run //SimpleThread ( Java ) Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte public class TwoThreadsDemo public static void main( Strin[ ] ars ) new SimpleThread( Pippo").start( ); new SimpleThread( Pluto").start( ); //main 0 Pippo 0 Pluto Pippo Pippo Pluto 3 Pippo Pluto ( Java ) ( Java ) thread e interface runable public class InterfThread extends ImportantClass implements Runnable public void run( )... // azioni varie new Thread( new InterfThread ( ) ).start( ); 3 Pluto... Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - 8 -

8 :Produttore *[..n]: put( dato ) Produttore consumatore in Java :Consumatore «monitor» :Buffer *[..n]: dato:=et( ) Produttore consumatore in Java () public class Produttore extends Thread private Buffer buffer; // reference private int pin; public Produttore ( Buffer c, int number ) buffer = c; // reference this. pin = pin; public void run( ) for (int i = 0; i < 0; i++) buffer.put(i); System.out.println("Prod. #" + pin + " put: " + i); /*... sleep statement */ //for // Produttore Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Produttore consumatore in Java () Produttore consumatore in Java (3) public class Consumatore extends Thread private Buffer buffer; // reference private int pin; public Consumatore ( Buffer c, int pin) buffer = c; // reference this. pin = pin; public class Buffer static final int N = 0; private int = 0, p= 0; private int vettc [ ]= new int[n]; public synchronized int et( )... accesso mutuamente esclusivo sull oetto Buffer ai metodi synchronized public void run( ) int value; for ( int i = 0; i < 0; i++ ) // non eleante: si prevedono due produttori da 0 value = buffer.et(); System.out.println("Consumer #" + pin + " ot: " + value); //for //run // Consumatore // Buffer public synchronized void put( int value )... N- 0 Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte - 3 -

9 Produttore consumatore in Java (4) Produttore consumatore in Java (5) public class ProduttoreConsumatoreTest public static void main( Strin[] ars ) Buffer c = new Buffer( ); Produttore p = new Produttore (c, ); Produttore p = new Produttore (c, ); Consumatore c = new Consumatore (c, ); //main p.start( ); p.start( ); c.start(); // ProducerConsumerTest public synchronized int et( ) while (==p ) // vuoto try wait( ); // aspetta che un Produttore inserisca un valore catch (InterruptedException e) //et notifyall(); // svelia tutti il thread che attendono sul buffer int x= vettc[]; =(+)%N; return x; N- 0 p Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Produttore consumatore in Java (6) public synchronized void put( int value ) while ( (p+) % N== ) // pieno try wait( ); // aspetta che un Consum. prelevi catch (InterruptedException e) vettc[p] = value; p= (p+) % N; notifyall(); // notifica che c è un valore disponibile //put Produttore consumatore in Java (7) N- 0 p 3 dato = et( ); N- 0 p Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte

10 Produttore consumatore in Java (9x) Produttore consumatore in Java (0x) N- 0 put( dato ); N- 0 3 p 3 put( dato ); dato = et( ); p dato = et( ); Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Modello statico del contesto: classi external, system «external I/O dev.» Card reader Studio di caso: ATM (alcuni cenni) «external Output dev.» Stampante..* «system» Bankin System «external Output dev.» Distrib.contanti Cliente ATM Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte

11 Cliente ATM ATM: Use case sottosistemi Client / Server ATM Client Subsystem Client Validazione PIN <<include>> Client TrasferimentoFondi <<include>> <<include>> ATM Server Subsystem Server Validazione PIN Server TrasferimentoFondi :Cliente ATM display info Diaramma di collaborazione Bankin system diaramma concorrente ed ad alto livello con oetti attivi IN «system» :Bankin System «Client sub system» :ATM client Transazione ATM Queue ResponsoDellaBanca «Server subsystem» :BankServer operatore ATM Client PrelievoContanti Client ListaMovimenti Aiuni Contante <<include>> <<include>> Server ListaMovimenti Server PrelievoContanti «external» :Stampante CardReaderIN «external» :Card reader CardReaderOUT «external» :Distributore contanti Startup Shutdown Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte Diaramma di collaborazione BankServer subsystem «Client sub system» :ATM client Transazione ATM «Server subsystem» :BankServer Queue «coordinatore» :A ResponsoDellaBanca «business loic» :B «business loic» :C «data base» :D Renato Conte - Concorrenza e Studio di caso parte