Concorrenza e sincronizzazione

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1 Concorrenza e sincronizzazione Ingegneria del software Ing. Jody Marca jody.marca@polimi.it

2 Cosa faremo oggi 2 Concorrenza Sincronizzazione

3 Concorrenza 3 Nei programmi Java fino ad ora sviluppati è presente solo un flusso di esecuzione sequenziale. La concorrenza ci permette di gestire nel medesimo programma più flussi di esecuzione La concorrenza è fondamentale per creare applicazioni interattive o client server multiutente

4 I Thread 4 La concorrenza si può ottenere attraverso una gestione multi-processo o multi-thread Solitamente si usano i thread poiché sono più leggeri e utilizzano una comunicazione a memoria condivisa In Java un thread può essere creato utilizzando uno dei seguenti metodi Estensione della classe java.lang.thread Implementazione dell intefaccia java.lang.runnable

5 Thread Estensione della classe Thread 5 Definire una classe che estende la classe Thread e contiene un metodo run() public class SimpleThreadMode1 extends Thread { public void run() { //Contiene il codice che eseguirà il thread Istanziare la classe SimpleThreadMode1 thread = new SimpleThreadMode1(); Avviare il thread chiamando il metodo start() il quale richiamerà il metodo run() definito nel thread thread.start();

6 Thread Implementazione dell interfaccia Runnable 6 Definire una classe che implementa l interfaccia Runnable e contiene un metodo run() public class SimpleThreadMode2 implements Runnable { public void run() { //Contiene il codice che eseguirà il thread Instanziare la classe SimpleThreadMode2 runtask = new SimpleThreadMode2(); Instanziare un thread Thread thread = new Thread(runTask); Avviare il thread chiamando il metodo start() il quale richiamerà il metodo run() definito nel thread thread.start();

7 Aspettare il termine di un thread 7 Alcune azioni necessitano una certa serializzazione nell avvio dei thread. public class SimpleThreadJoin implements Runnable { public void run() { System.out.println("Ciao sono il thread" ); for(int i=0; i<10; i++){ System.out.println("thread - stampa numero: "+(i+1)); try { Thread.sleep(500); catch (InterruptedException e) { System.out.println("thread - Termino");

8 Aspettare il termine di un thread / 2 8 public static void main(string[] args) { SimpleThreadJoin threadtask = new SimpleThreadJoin(); Thread thread = new Thread(threadTask); thread.start(); try { thread.join(); //Attendo che termini il thread catch (InterruptedException e) { System.out.println("Creazione dei threads terminata");

9 Interrupts 9 Gli Interrupts sono utilizzati per bloccare alcune azioni che sta eseguendo un thread. public class SimpleThreadInterrupt implements Runnable { public void run() { System.out.println("Ciao sono il thread ); try { Thread.sleep(5000); catch (InterruptedException e) { System.out.println("thread - Ricevuto un interrupt"); System.out.println("thread - Termino");

10 Interrupts \ 2 10 public static void main(string[] args) { SimpleThreadInterrupt threadtask = new SimpleThreadInterrupt(); Thread thread = new Thread(threadTask); thread.start(); System.out.println("Creazione del thread terminata"); try { Thread.sleep(1000); catch (InterruptedException e) { System.out.println("Lancio interrupt al thread"); thread.interrupt();

11 Sincronizzazione 11 Sappiamo che l esecuzione di più threads concorrenti non è deterministica. Cosa succede se dobbiamo gestire dei dati condivisi tra più thread??? È necessario introdurre un meccanismo di Lock che ci permetta di essere sicuri che l accesso alla modifica dei dati condivisi sia effettuato in modo mutuamente esclusivo

12 Sincronizzazione / 2 12 Dobbiamo implementare un accesso esclusivo ai dati. Java ci fornisce la possibilità di sincronizzare l accesso dei thread a dei metodi o a determinate porzioni di codice Immaginiamo di implementare la cassa del progetto magazzino implementato nella prima lezione e di gestire i diversi utenti del magazzino utilizzando dei Thread Dobbiamo assicurare che le operazioni siano di modifica del saldo siano sincronizzate

13 Synchronized 13 Utilizziamo la parola chiave synchronized per sincronizzare l accesso ai metodi public class Cassa { private Double saldo = null; public Cassa(Double saldo) { this.saldo = saldo; public synchronized void vendi(double daversare){ saldo = saldo + daversare; public synchronized void acquista(double daprelevare){ saldo = saldo daprelevare;

14 Synchronized /2 14 La parola chiave synchronized permette un accesso sincronizzato a tutti e solo i metodi definiti synchronized Ci garantisce quindi che se un thread sta accedendo a un metodo synchronized nessun altro thread possa accedere a qualsiasi metodo synchronized della classe stessa. Non ci garantisce pero che non possa accedere in modo concorrente ad altri metodi della classe non definiti synchronized. I costruttori non possono essere synchronized

15 Synchronized Statements 15 Un altro modo di gestire la sincronizzazione in Java è utilizzare dei Synchronized Statements In questo caso è necessario dichiarare l oggetto su si vuole porre il lock. I Synchronized Statements sono utili per implementare una gestione della sincronizzazione a granularità più fine Usate i Synchronized Statements con cura dovete essere assolutamente sicuri di ciò che state facendo

16 Synchronized Statements - Esempio 1 16 Eliminiamo synchronized dai metodi della classe cassa sostituendoli con i Synchronized Statements public void vendi(double daversare){ Double saldopre = null, saldopost = null; synchronized(this) { saldopre = saldo; saldo = saldo + daversare; saldopost = saldo; System.out.println("Venduto "+daversare+" saldo precedente "+saldopre+" attuale "+saldopost);

17 Synchronized Statements - Esempio 2 17 Immaginiamo ora di dover gestire due variabili che permettano di memorizzare il totale delle vendite e degli acquisti. Non è necessario porre il lock su tutta la classe ma è sufficiente sincronizzare le letture e le scritture relative ad ogni singola variabile

18 Synchronized Statements - Esempio 2 /2 18 public class CassaSynchronizedStatements2 { private Double vendite = null, acquisti = null; //Definisco i lock da utilizzare per l aggiornamento delle variabili private Object lockvendite = null, lockacquisti = null; public CassaSynchronizedStatements2(Double vendite, Double acquisti) { this.vendite = vendite; this.acquisti = acquisti; //Inizializzo gli oggetti da utilizzare come lock lockvendite = new Object(); lockacquisti = new Object();

19 Synchronized Statements - Esempio 2 /3 19 public void vendi(double daversare){ //Sincronizzo le operazioni sulle vendite synchronized(lockvendite) { vendite = vendite + daversare; public void acquista(double daprelevare){ //Sincronizzo le operazioni sugli acquisti synchronized(lockacquisti) { acquisti = acquisti + daprelevare;

20 Bloccare e risvegliare una esecuzione 20 Vogliamo inserire un vincolo sull acquisto: è possibile acquistare solo se il saldo è positivo Dobbiamo fare in modo che, qualora il saldo sia negativo, l azione di acquisto venga temporaneamente sospesa Per questo scopo si possono utilizzare i metodi: wait() interrompe temporaneamente l esecuzione notify() (o notifyall() ) risveglia l esecuzione

21 Esempio di Wait Notify 21 public class Cassa { private Double saldo =0.0; public synchronized void vendi(double daversare){ saldo = saldo + daversare; notifyall(); public synchronized void acquista(double daprelevare) throws Exception{ while((saldo daprelevare )<=0.0) wait(); saldo = saldo daprelevare;

22 Problemi di sincronizzazione - Deadlock 22 Il Deadlock si verifica quando due o più threads restano bloccati per sempre poiché si aspettano a vicenda Thread 1 Thread 2 public class ObjA{ private ObjB objb = null; synchronized void call(){ objb.call(); public class ObjB{ private ObjA obja = null; synchronized void call(){ obja.call();

23 Locking 23 Il locking mettere a disposizione uno strumento avanzato e potente che permette di sincronizzare l accesso in modo esclusivo a porzioni di codice Java A differenza dei comuni Synchronized statement attraverso l uso del locking è possibe tentare di acquisire il lock in modalità non bloccante attraverso l operazione trylock()

24 Esempio di Locking 24 public class SharedClass { private Lock lock = null; //dichiaro il Lock public SharedClass(){ this.lock = new ReentrantLock(); //inizializzo il Lock public void usarisorsa() throws InterruptedException { //provo ad acquisire il lock, se entro 5 secondi non lo ottengo // la funzione trylock ritorna false e continuo if(lock.trylock(5, TimeUnit.SECONDS)){ frammento di codice da eseguire in mutua esclusione

25 Riassumendo: ciclo di vita di un thread 25 notify notifyall start born ready fine I/O fine lock waiting wait running dead I/O lock blocked