Java threads (2) Programmazione Concorrente

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1 Java threads (2) emanuele lattanzi isti information science and technology institute 1/28 Programmazione Concorrente Utilizzo corretto dei thread in Java emanuele lattanzi isti information science and technology institute 2/28 1

2 Safety & Liveness Programmare applicazione concorrenti è molto più difficile Gestire la comunicazione fra thread e processi Gestire l accesso alle risorse condivise Evitare il blocco del processo emanuele lattanzi isti information science and technology institute 3/28 Safety Nothing bad happens Mutual Exclusion: risorse condivise aggiornate in modo atomico Sincronizzazione: alcune operazioni devono attendere se condivise Consistenza: le risorse sono in stato consistente (es. non leggere da un buffer vuoto) emanuele lattanzi isti information science and technology institute 4/28 2

3 Liveness Something good happens No Deadlock: un processo può sempre accedere ad una risorsa condivisa No Starvation: tutti i processi, prima o poi, riescono ad accedere ad una risorsa condivisa emanuele lattanzi isti information science and technology institute 5/28 Condivisione dati Le operazioni su risorse e servizi condivisi non sono eseguite in modo atomico Quando eseguono operazioni su dati condivisi possono essere interrotti prima di terminare la transazione (esecuzione non atomica di sezioni di codice) emanuele lattanzi isti information science and technology institute 6/28 3

4 OggettoCondiviso.java public class OggettoCondiviso{ private int MAX_POSTI = 20; int totposti = 0; public boolean assegnaposti(string cliente) { System.out.println("Richiesta di ass. un posto da " + cliente); if (this.totposti+1 <= this.max_posti) { System.out.println("Assegna un posto a " + cliente); this.totposti++; return true; return false; emanuele lattanzi isti information science and technology institute 7/28 AssegnatorePosti.java class AssegnatorePosti extends Thread { OggettoCondiviso so; public AssegnatorePosti ( String name, OggettoCondiviso so){ super( name ); this.so = so; public void run() { while(so.assegnaposti(thread.currentthread().getname())) { System.out.println( Assegnato un nuovo posto ); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + finito" ); emanuele lattanzi isti information science and technology institute 8/28 4

5 ThreadTest3.java public class ThreadTest3 { public static void main( String args[] ) { AssegnatorePosti thread1, thread2; OggettoCondiviso so = new OggettoCondiviso(); thread1 = new AssegnatorePosti( "thread1", so); thread2 = new AssegnatorePosti( "thread2", so); thread1.start(); thread2.start(); try { thread1.join(); thread2.join(); catch (Exception e){ System.err.println("errore"); System.out.println( Assegnati +so.totposti); emanuele lattanzi isti information science and technology institute 9/28 Problemi Se più thread la eseguono in parallelo e si ha un context switch nel mezzo della transazione si avrà la risorsa sarà in uno stato inconsistente: Il numero di posti assegnato alla fine sarà maggiore di quello realmente disponibile! Race condition emanuele lattanzi isti information science and technology institute 10/28 5

6 Soluzione Accesso sincronizzato (atomico): Un solo thread alla volta deve eseguire quel metodo Se un thread lo sta già eseguendo gli altri dovranno aspettare Più esecuzioni concorrenti di quel codice devono in realtà divenire serializzate emanuele lattanzi isti information science and technology institute 11/28 Monitor in Java Oggetto con un metodo synchronized Ogni oggetto può essere un monitor Metodi dichiarati synchronized Solo un thread alla volta può eseguire un tale metodo su uno stesso oggetto: Prima di eseguirlo deve ottenere il lock Appena uscito dal metodo il lock viene rilasciato Se ci sono più metodi synchronized Se un thread sta eseguendo un metodo synchronized altri thread non possono eseguire altri metodi synchronized su uno stesso oggetto Lo stesso thread può eseguire altri metodi synchronized sullo stesso oggetto Blocchi di codice dichiarati synchronized emanuele lattanzi isti information science and technology institute 12/28 6

7 Sincronizzazione implicita public class OggettoCondiviso{ private int MAX_POSTI = 20; int totposti = 0; public synchronized boolean assegnaposti(string cliente) { System.out.println("Richiesta di ass. un posto da " + cliente); if (this.totposti+1 <= this.max_posti) { System.out.println("Assegna un posto a " + cliente); this.totposti++; return true; return false; emanuele lattanzi isti information science and technology institute 13/28 Sincronizzazione esplicita public class OggettoCondiviso{ private int MAX_POSTI = 20; int totposti = 0; public boolean assegnaposti(string cliente) { System.out.println("Richiesta di ass. un posto da " + cliente); synchronized(this){ if (this.totposti+1 <= this.max_posti) { System.out.println("Assegna un posto a " + cliente); this.totposti++; return true; return false; emanuele lattanzi isti information science and technology institute 14/28 7

8 Cooperazione fra thread Produttore-Consumatore: Produttore scrive dati in una memoria condivisa Consumatore recupera dati dalla stessa memoria Accesso alla struttura in modo sincronizzato emanuele lattanzi isti information science and technology institute 15/28 Non solo synchronized Non leggere quando la memoria è vuota, non scrivere quando la memoria è piena Usare solo parti di codice synchronized non serve più Produttore acquisisce il lock La memoria è piena, aspetta che si liberi Perché si liberi il consumatore deve accedere alla memoria, che è bloccata Deadlock! emanuele lattanzi isti information science and technology institute 16/28 8

9 Non solo synchronized Non leggere cose già lette, non sovrascrivere cose non ancora lette Usare solo parti di codice synchronized non serve più Produttore acquisisce il lock Scrive una nuova informazione Produttore riacquisisce il lock nuovamente, prima del consumatore Produttore sovrascrive un informazione non ancora recuperata dal consumatore emanuele lattanzi isti information science and technology institute 17/28 ProduttoreConsumatoreErrato.java class ProduttoreErrato extends Thread { CellaCondivisaErrata cella; public ProduttoreErrato(CellaCondivisaErrata cella) { this.cella = cella; public void run() { for (int i = 1; i <= 10; ++i) { synchronized (cella) { ++(cella.valore); System.out.println ("Prodotto: " + i); emanuele lattanzi isti information science and technology institute 18/28 9

10 ProduttoreConsumatoreErrato.java class ConsumatoreErrato extends Thread { CellaCondivisaErrata cella; public ConsumatoreErrato(CellaCondivisaErrata cella) { this.cella = cella; public void run() { int valore_letto; for (int i = 0; i < 10; ++i) { synchronized (cella) { valore_letto = cella.valore; cella.valore--: System.out.println ("Consumato: " + valore_letto); emanuele lattanzi isti information science and technology institute 19/28 Attesa & Notifica Un thread può chiamare wait() su un oggetto sul quale ha il lock: Il lock viene rilasciato Il thread va in stato di waiting Altri thread possono ottenere tale lock Effettuano le opportune operazioni e chiamano: notify() per risvegliare un singolo thread in attesa notifyall() per risvegliare tutti i thread in attesa su quell oggetto I thread risvegliati devono comunque riacquisire il lock I notify non sono cumulativi Questi metodi sono definiti nella classe Object emanuele lattanzi isti information science and technology institute 20/28 10

11 ProduttoreConsumatore.java class Produttore extends Thread { CellaCondivisa cella; public Produttore(CellaCondivisa cella) { this.cella = cella; public void run() { for (int i = 1; i <= 10; ++i) { synchronized (cella) { while (! cella.scrivibile) { try { cella.wait(); catch (InterruptedException e) { ++(cella.valore); cella.scrivibile = false; // cede il turno cella.notify(); // risveglia il consumatore System.out.println ("Prodotto: " + i); emanuele lattanzi isti information science and technology institute 21/28 ProduttoreConsumatore.java class Consumatore extends Thread { CellaCondivisa cella; public Consumatore(CellaCondivisa cella) { this.cella = cella; public void run() { int valore_letto; for (int i = 0; i < 10; ++i) { synchronized (cella) { while (cella.scrivibile) { try { cella.wait(); catch (InterruptedException e) { valore_letto = cella.valore; cella.scrivibile = true; // cede il turno cella.notify(); // notifica il produttore System.out.println ("Consumato: " + valore_letto); emanuele lattanzi isti information science and technology institute 22/28 11

12 Attenzione! Un notify effettuato su un oggetto su cui nessun thread è in wait viene perso (non è un semaforo) Usciti dallo stato di wait si dovrebbe ricontrollare la condizione Se ci possono essere più thread in attesa usare notifyall notifyall risveglia tutti i thread in attesa, ma uno alla volta riprenderà il lock Prima che un thread in attesa riprenda l esecuzione il thread che ha notificato deve rilasciare il monitor (uscire dal blocco synchronized) emanuele lattanzi isti information science and technology institute 23/28 ProduttoreConsumatore2.java class CellaCondivisa2 { private int valore = 0; private boolean scrivibile = true; public synchronized void produci(int i) { while (! scrivibile) wait(); // catch valore = i; scrivibile = false; notify(); public synchronized int consuma() { while (scrivibile) wait(); // catch scrivibile = true; notify(); return valore; emanuele lattanzi isti information science and technology institute 24/28 12

13 ProduttoreConsumatore2.java class Produttore2 extends Thread { CellaCondivisa2 cella; public void run() { for (int i = 1; i <= 10; ++i) { cella.produci(i); System.out.println ("Prodotto: " + i); class Consumatore2 extends Thread { CellaCondivisa2 cella; public void run() { int valore_letto; for (int i = 0; i < 10; ++i) { valore_letto = cella.consuma(); System.out.println ("Consumato: " + valore_letto); emanuele lattanzi isti information science and technology institute 25/28 Versioni con timeout Esistono delle versioni con timeout per i metodi che possono bloccare un thread: join(long millisecs) wait(long millisecs) Anche versioni con nanosecondi! emanuele lattanzi isti information science and technology institute 26/28 13

14 Daemon threads Sono eseguiti in background Nei momenti in cui il processore non viene usato (es. garbage collector) Il programma può terminare ugualmente: Quando ci sono in esecuzione solo daemon thread il programma termina Devono essere settati come daemon prima di chiamare start (metodo setdaemon(true)) emanuele lattanzi isti information science and technology institute 27/28 Gruppi di thread I thread possono essere raggruppati in gruppi di thread Si possono creare gerarchie di gruppi di thread Si possono interrompere tutti i thread di un gruppo in un colpo solo Si passa il gruppo ad un thread tramite il costruttore emanuele lattanzi isti information science and technology institute 28/28 14