Corso di Linguaggi di Programmazione

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1 Corso di Linguaggi di Programmazione Lezione 20 Alberto Ceselli Dipartimento di Tecnologie dell Informazione Università degli Studi di Milano 20 Maggio 2010

2 Unità concorrenti in Java Thread Java Thread C# Le unità concorrenti in Java sono metodi chiamati run Le entità in cui girano i metodi run sono dei thread (a differenza dei task di ADA, che sono processi) Ci sono due modi per definire una classe con un metodo run: Estendere la classe Thread (predefinita) Implementare l interfaccia Runnable (predefinita)

3 Definizione di Threads in Java Thread Java Thread C# Esempio: java threads

4 Metodi della classe Thread Thread Java Thread C# sleep: il thread rimane in stato waiting per il tempo specificato (in millisecondi) (statico) yield: preemption volontaria, il thread passa in stato ready (statico) join: l esecuzione del thread è sospesa, in attesa del completamento dell esecuzione di un altro thread public void anythreadmethod() {... Thread myth = new Thread(); myth.start(); // computazione myth.join(); // myth.join(2000); // computazione } interrupt: setta un bit, che può essere controllato con isinterrupted() (e solleva l eccezione InterruptedException) setpriority().e getpriority() stop, suspend e resume sono deprecated.

5 Competition synchronization Thread Java Thread C# Simile a monitors Ciascun metodo può essere marcato come synchronized. Ci può essere al più un thread attivo (ready o running). Ogni oggetto con metodi synchronized conserva una coda di thread in attesa di ottenere l accesso. class BufferManager { private int shared_resource;... public synchronized void put(int item) {... } public synchronized int get() {... } }

6 Cooperation synchronization Thread Java Thread C# Gestita con metodi wait, notify e notifyall della classe Object. Questi metodi possono essere chiamati solo all interno di metodi synchronized (perchè sfruttano il lock sull oggetto) wait: da running a waiting notify: un thread tra quelli in coda (waiting) sull oggetto passa da waiting a ready (non-deterministico) notifyall: tutti i thread in coda (waiting) sull oggetto passano da waiting a ready. N.B. Utilizzando notifyall è spesso necessario ri-controllare le condizioni per cui il thread si era messo in attesa (attesa semi-attiva).

7 Valutazione Java e C# Thread Java Thread C# Semplice, ma efficace. Thread (lightweight) rispetto ai Task (heavyweight) di ADA: non adatti ad ambiente distribuito (librerie!) Si possono simulare monitor e semafori

8 Unità concorrenti in C# Thread Java Thread C# Le unità concorrenti in C# possono essere metodi qualsiasi Le entità in cui girano i metodi concorrenti sono dei thread Creazione di un thread: public void any_method() {... }... Thread mythread = new Thread( new ThreadStart( any_method ) ); // delegate... mythread.start(); ThreadStart è una classe delegate (funzione dei puntatori a procedure in C). non solleva nessuna eccezione (niente blocco try)

9 Sincronizzazione Java e C# Thread Java Thread C# Ci sono vari modi per sincronizzare thread C# classe Interlocked: operazioni atomiche Interlocked.Increment(ref value); Interlocked.Decrement(ref value); istruzione lock: mutua esclusione lock(<espressione>) { <sezione critica>... } classe Monitor: ha 4 metodi (Enter, Wait, Pulse, Exit) Monitor.Enter(<oggetto>): acquisisce i lock sull oggetto Monitor.Wait(): analogo a wait() Java Monitor.Pulse(<oggetto>): analogo a notifyall() Java Monitor.Exit(<oggetto>): rilascia il lock sull oggetto

10 Valutazione Java e C# Thread Java Thread C# Molto simile a Java. Ogni metodo può acquisire un thread di controllo più costrutti per la sincronizzazione

11 Il modulo threading Il supporto alla programmazione concorrente in è fornito nel modulo threading... import queue from threading import Thread... threading: Thread, Lock, Semaphore, Condition esistono classi già costruite per molti problemi fondamentali (Es. queue) NB: l interprete non è completamente thread-safe (esiste un Global Interpreter Lock GIL) che deve essere acquisito.

12 Thread Java e C#... estendono la classe Thread, sovrascrivendo il metodo run def main(): for i in range(3): my_thread = MyThread(i) my_thread.daemon = True my_thread.start() class MyThread(Thread): def init (self, i): Thread. init (self) self.i = i... def run(self): while True:

13 Lock Java e C# Simili a Queue in Concurrent Pascal: from threading import Thread, Lock class Buffer(Thread): def init (self, i): self.lock = Lock() self.storage = 0 def write(self, v): self.lock.acquire() self.storage = v self.lock.release()

14 Semaphore Java e C# acquire() equivale a P(), e release() equivale a V() semaphore = threading.boundedsemaphore(3) semaphore.acquire() # decrements the counter... access the shared resource semaphore.release() # increments the counter

15 Event Java e C# event gestisce un flag booleano, che può essere modificato con set() e get(). Se il flag è false, wait() interrompe il thread corrente, ponendolo in stato waiting; set() risveglia eventuali thread waiting. event = threading.event() # a client thread can wait for the flag to be set event.wait() # a server thread can set or reset it event.set() event.clear()

16 Condition Java e C# Simile a Event, ma supporta operazioni notify() e notifyall() condition = threading.condition()... generate item condition.acquire() if (full) condition.wait()... add item to resource condition.notify() # signal that a new item is available condition.release() e diverse condition possono condividere lo stesso lock lock = threading.lock() condition_1 = threading.condition(lock) condition_2 = threading.condition(lock)

17 High Performance Fortran High Performance Fortran Collezione di estensioni al Fortran 90 per permettere ai programmatori di fornire istruzioni al compilatore per generare codice ottimizzato su piattaforme multiprocessore Istruzioni di specifica, es. numero di processori o distribuzione dati ai processori!hpf$ PROCESSORS procs (<n>)!hph$ DISTRIBUTE (<tipo_distr>) ONTO procs :: <lista id_variabili> tipo distr può essere BLOCK oppure CYCLIC N.B.! introduce commenti in Fortran: facile da gestire per un compilatore / preprocessore.

18 High Performance Fortran High Performance Fortran Istruzioni di controllo, es. FORALL (index = 1:1000) list_1 (index) = list_2 (index) suggerisce di parallelizzare rispetto agli indici degli array Esistono anche librerie C / C++ che utilizzano la stessa filosofia: es. openmp.

19 Esercizi: Java e C# High Performance Fortran Implementare una simulazione della Cena dei Filosofi utilizzando: semafori monitor scambio di messaggi Java threads / C# threads