Multithread e multitasking

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1 Organizzazione della lezione Lezione 7 Thread e Riflessione Vittorio Scarano Corso di Programmazione Distribuita ( ) Laurea di I livello in Informatica Università degli Studi di Salerno I thread motivazioni stati e transizioni priorità e gruppi La riflessione: il package java.lang.reflect il problema dei contenitori le interfacce Marker Cosa si può chiedere ad una classe? Un metodo generico 2 Sistemi operativi multitasking Multithread e multitasking Permettono di creare la illusione (per l utente) di una macchina completamente dedicata ma durante la interazione dell utente con il proprio programma, il S. O. ha il tempo di servire altri utenti Multitasking cooperativo (sospensione dei task volontaria) Windows 3.11 e Mac OS 9 con preemption (sospensione dei task forzata) Unix/Linux, Windows NT, Windows 2000/XP, Mac OS X Estensione del multithread riferita ad un singolo programma in grado di eseguire più thread contemporaneamente Thread: anche detti processi light-weight a differenza dei processi hanno a disposizione e condividono gli stessi dati fonte di possibili problemi ma strumento efficace per costruire programmi che necessitano di svolgere in parallelo più compiti 3 4

2 Tipiche applicazioni multi-thread thread (1) Tipiche applicazioni multi-thread thread (2) Un browser che, allo stesso tempo, deve poter caricare dal server diverse immagini che sono nella stessa pagina visualizzare la pagina così come arriva reagire all eventuale pulsante di stop premuto dall utente Una applicazione di rete che, allo stesso tempo, deve chiedere dati ad una altra applicazione fornire dati a chi li richiede tenere informato l utente dell andamento delle operazioni Server che hanno bisogno di istanziare velocemente oggetti: vengono istanziati tutti insieme come un pool di oggetti Thread tenuti in stato sospeso e riportati (velocemente) alla vita quando necessario Applicazioni che devono monitorare eventi importanti: arrivo di mail apertura/disponibilità di un file arrivo di dati 5 6 I thread Un esempio di Thread (1) Java è un linguaggio multithreaded Classe i thread sono oggetti con un nome, un gruppo, una priorità, un tipo, uno stato derivati da oppure si usa la interface ed in questo caso l oggetto va passato al costruttore di Thread Si può lanciare un thread t (eseguire t.start() che esegue il suo metodo run) mettere in sleep (per un certo tempo) sospendere / resume 7 class Conta implements Runnable public Conta (String nom, int lim, int sleep) limite = lim; nome = nom; sleeptime = sleep; public void run () for (int i=0;i<limite; i++) try Thread.sleep(sleeptime); catch (Exception ex) System.out.println (nome+":"+i+"."); private int limite; private String nome; private int sleeptime; Conta fino a lim fermandosi sleeptime ms Costruttore Metodo run chiamata a Thread.sleep necessario fare il catch 8

3 Un esempio di Thread (2) Gli stati di un thread public class Runner public static void main (String args[]) Thread t1=new Thread (new Conta("1",5,300)); Thread t2=new Thread (new Conta("2",5,100)); t1.start(); t2.start(); Istanzio due thread e li lancio $ java Runner 2:0 2:1 1:0 2:2 2:3 1:1 2:4 1:2 1:3 1:4 9 Un thread si può trovare in uno di 4 stati new: appena creato: il programma non è stato eseguito ancora runnable: quando si invoca il metodo start() il thread è eseguibile in effetti la sua esecuzione dipende da JVM e dal S.O. blocked: quando viene chiamato il suo metodo sleep(), sta facendo I/O bloccante, chiama il metodo wait() dead: quando viene chiamato il metodo stop(), o si verifica una eccezione non catturata 10 Le transizioni possibili di un Thread Un thread runnable diventa blocked new dead start runnable stop / uscita metodo run sleep suspend resume wait notify I/O bloccante I/O completato attesa blocco / blocco disponibile blocked 11 Quando si chiama il metodo del thread Quando si chiama il metodo del thread operazione deprecated Il thread chiama Il thread chiede una operazione di I/O bloccante Il thread cerca di bloccare un oggetto già bloccato new dead start runnable stop / uscita metodo run sleep suspend resume wait notify blocked I/O bloccante I/O completato attesa blocco / blocco disponibile 12

4 Un thread blocked diventa runnable Priorità dei thread (1) I millisecondi specificati dalla chiamata di sono passati Quando si chiama il metodo del thread operazione deprecated Quando si chiama Il thread ha terminato una operazione di I/O bloccante Un oggetto che il thread cerca di bloccare è disponibile al blocco new dead start runnable stop / uscita metodo run sleep suspend resume wait notify blocked I/O bloccante I/O completato attesa blocco / blocco disponibile Ogni thread ha una priorità assegnabile con compresa tra MIN_PRIORITY (1) e MAX_PRIORITY (10) Quando deve essere eseguito un thread, viene eseguito quello con priorità massima (o uno tra di loro) scelta dipendente dalla implementazione della JVM Un thread al massimo valore di priorità viene eseguito fino a quando: chiama il metodo cessa di essere runnable (può essere dead o blocked) un thread a priorità maggiore è runnable Priorità dei thread (2) Il problema dell accesso concorrente In caso di task runnable con la stessa priorità, uno è scelto a caso ed eseguito La associazione priorità JVM e priorità macchina host è dipendente dalla piattaforma i 10 livelli di priorità della JVM sono assegnati (in una qualche maniera) ai livelli di priorità della piattaforma host Questo significa che si può verificare che un thread con priorità JVM 4 potrebbe essere eseguito prima di un thread con priorità JVM 5 in quanto entrambi i livelli sono associati allo stesso livello di thread della piattaforma host Non basarsi troppo sulle priorità! 15 E possibile rendere synchronized metodi o oggetti (risorse): viene assicurato che solamente un thread starà eseguendo quella porzione di codice in un dato momento. Per i metodi: Per gli oggetti (risorse): synchronized metodo ()... synchronized (x) x = x + 1; 16

5 Un esempio di sincronizzazione sui singleton Singleton Un singleton è una classe dalla quale si può istanziare solamente un oggetto Importante nella gestione di spool di stampa manager di connessione a database gestore di servizi su rete Un esempio di uso di due tecniche: costruttore metodo statico sincronizzato public class Singleton public static synchronized Singleton getinstance() if (instance == null) instance = new Singleton(); return instance; private Singleton (). private static Singleton instance; Restituisce l unica instance attiva Costruttore privato può essere chiamato solamente dall interno della classe Metodo statico sincronizzato blocca cioè tutti i metodi statici sincronizzati della classe! Gruppi di Thread Organizzazione della lezione String tname= gruppo : ThreadGroup g = new ThreadGroup(tName);.. Thread t = new Thread (g, Tizio ); String sname= sottogruppo : ThreadGroup s = new ThreadGroup(g, sname); Thread u = new Thread (g, Caio ); if (g.activecount() == 0). g.interrupt();.. s.interrupt(); Per categorizzare un pool di thread Crea un gruppo Aggiunta di un thread Tizio Crea un sottogruppo di g Aggiunta di un thread Caio al sottogruppo Conta i thread nel gruppo compresi i sottogruppi Interrompi tutti i thread solo quelli di s 19 I thread motivazioni stati e transizioni priorità e gruppi La riflessione: il package java.lang.reflect il problema dei contenitori le interfacce Marker Cosa si può chiedere ad una classe? Un metodo generico 20

6 Cosa è la Reflection Informazioni a Run Time Una estensione del linguaggio che permette al codice Java di fare introspezione e cioè determinare tipo e informazioni sui metodi di oggetti e classi Obiettivi: permettere alla applicazione di evolvere nel tempo mantenendo la necessaria coesione tra oggetti con un linguaggio fortemente tipizzato come Java La forma più semplice di reflection: trovare il tipo di un oggetto if (g instanceof Graphics2D) if ((Graphics2D.class).isInstance(instanceObject)) if (g.getclass() == Graphics2D.class) Il problema dei contenitori ed i markers Le interfacce Marker: un idioma utile Utili per Codice ArrayList/Vector Metto dentro un oggetto Triangle Codice Ottengo un Object if (object instanceof Triangle) // ok, posso trattarlo gestire contenitori e costruire partizioni degli oggetti in esso contenuti Costruire coppie interfaccia/implementazione Obiettivo: usare le sottoclassi per codificare informazioni di tipo LeadSoldier ToySoldier PlasticSoldier LeadSoldierImpl ToySoldierImpl PlasticSoldierImpl 23 24

7 Le interfacce come Marker Una applicazione di esempio public interface LeadSoldier extends ToySoldier // vuota public class LeadSoldierImpl extends ToySoldierImpl // tutto il codice qui implements LeadSoldier // pochissimo codice qui public boolean areallsoldierslead(vector toybox) Iterator i = toybox.iterator(); while(i.hasnext()) ToySoldier toysoldier = (ToySoldier) i.next(); // funziona sempre if (toysoldier instanceof PlasticSoldier) return false; return true; 25 Un negozio di noleggio videocassette (BlockBuster?) Prima soluzione: una classe Film dalla quale istanzio oggetti (Terminator, Star Wars, etc.) Alcuni svantaggi: tutte le copie delle videocassette di Star Wars hanno molti dati in comune (nome film, nome attori, produttori, etc.) quindi tutte le istanze conterranno una quantità di dati duplicati Ci sono altre soluzioni? 26 Una altra soluzione: Informazioni a run-time! Creare una classe Tape Non possiamo usare una API predefinita Derivare da questa: la classe TerminatorTape con tutti i dati comuni al film, statici la classe StarWarsTape con tutti i dati comuni al film, statici Un problema (ovvio!) arriva un nuovo film! devo forse aggiungere la sottoclasse VacanzeDiNatale43 e ricompilare il tutto???? vogliamo che il nostro programma si evolva in maniera graduale così come si evolvono le necessità del sistema Possiamo usare la capacità di Java di caricare le classi dinamicamente aggiungendo un file.class nel classpath questa classe può essere accessibile senza dover ricompilare Tipico utilizzo: prevedere una directory di estensioni nel programma 27 28

8 L esempio di gestione dinamica La directory di estensioni private class GetTape implements ActionListener public void actionperformed(actionevent e) String classname = _tapepackagename+_tapename.gettext(); try Class cls = Class.forName (classname); if ((Tape.class).isAssignableFrom(cls)) _responsearea.settext("we ordered a copy of that tape just for you!"); else _responsearea.settext("hey man, that's not a tape!"); catch(exception ee) _responsearea.settext("that tape doesn t exist!"); return; Le classi che permettono la reflection Chiedere a una classe Parla di te chi sei, da dove vieni,, dove vai.. : e : e Cosa fare se: si ha una istanza di una classe usa JHW&ODVV per ottenere la classe si ha una classe usa i metodi seguenti per ottenere accesso alla descrizione si ha un costruttore, campo o metodo usa MDYDODQJPRGLILHU per controllarne le caratteristiche 31 Class[ ] getclasses() ; Class getdeclaringclass() ; Class[ ] getdeclaredclasses() ; Class[ ] getinterfaces() ; Class getsuperclass() ; boolean isassignablefrom(class cls) ; boolean isinstance(object obj) ; boolean isarray() ; Class getcomponenttype() ; boolean isinterface(); boolean isprimitive() ; int getmodifiers(); Object newinstance() ; Informazioni sulla classe E un array? E di cosa? Alcune domande semplici Chiama il costruttore semplice 32

9 I membri di una classe Metodo Metodo generico (1) Constructor getdeclaredconstructor(class[ ] parametertypes) ; Tutto Constructor[ ] getdeclaredconstructors() ; Constructor getconstructor(class[ ] parametertypes); Solo quanto è pubblico Constructor[ ] getconstructors(); Field getdeclaredfield(string name) ; Field[ ] getdeclaredfields() ; Field getfield(string name) ; Field[ ] getfields() ; Method getdeclaredmethod(string name, Class[ ] parametertypes) ; Method[ ] getdeclaredmethods() ; Method getmethod(string name, Class[ ] parametertypes) ; Method[ ] getmethods() ; 33 public static String tostring(object obj) Class cl = obj.getclass(); String r = cl.getname(); do r += [ ; Field[ ] fields = cl.getdeclaredfields(); AccessibleObject.setAccessible(fields, true); for (int i =0; i < fields.length; i++ Field f = fields[i]; r += f.getname() + = ; try Object val = f.get(obj) if (val!=null) r += val.tostring(); catch (Exception e). if (i < fields.length-1) r + =, ; // continua object come parametro Ottiene la classe dell oggetto ed il suo nome Per ogni classe e superclasse ottieni i campi rendili leggibili per ogni campo stampa campo e valore con tostring() separatore 34 Metodo Metodo generico Alcuni commenti finali // ancora nel do while r += ] ; cl = cl.getsuperclass(); while (cl!= Object.class); return r; Al termine della stampa di una classe chiudi la parentesi quadra Preleva la superclasse successiva e ripeti Fino a quando non hai raggiunto la classe Object Restituisce la stringa calcolata come risultato RTTI = Run-time Type Information I have heard this (bad use of RTTI) described as the syntactic elegance of C combined with the run-time efficiency of Smalltalk, but that is really too kind. Stroustrup, from The Design and Evolution of C++ The only words for what you re doing in that piece of code are Abomination unto the Lord. Every time I use Reflection, I wind up ripping it out once I figure out what I really want the code to do 35 36