Dept. of Computer Science Lab 4: Locks, Condition Variables in Java Matteo Camilli matteo.camilli@unimi.it Laboratorio di Sistemi Operativi a.a. 2015/16 Università degli Studi di Bergamo 1
Esercizi Lab3 Coke machine https://bitbucket.org/sistemioperativiunibg/lab3-cokemachine 2
Lock Un altro modo di garantire la mutua esclusione in Java è l uso dei Lock java.util.concurrent.locks.lock interface 3
Lock I vantaggi di usare un Lock rispetto ad un metodo synchronized sono: PIU FLESSIBILITA : L uso della keyword synchronized forza l acquisizione/rilascio del lock in un unico blocco. Quando acquisisco lock multipli, devono essere rilasciati nell ordine opposto in cui li ho acquisiti. LOCK(A) > LOCK(B) > UNLOCK(B) > UNLOCK(A) L uso dei Lock permette di implementare facilmente un chain locking: LOCK(A) > LOCK(B) > UNLOCK(A) > LOCK(C) > UNLOCK(B) > PIU FUNZIONALITA : Supporto a Condition Object multipli L effetto è quello di avere wait set multipli 4
Condition Variables Conditions (chiamate anche condition variables) forniscono un meccanismo per sospendere (wait) l esecuzione di thread fino a che non vengono notificati da altri thread che una qualche condizione risulta essere verificata. Le condition variable sono associate ad un Lock. Non è possibile mettersi in attesa su una condition variable se non ho prima acquisito il Lock Object a cui è associata. Quando un thread si mette in attesa su una condition variable, rilascia in modo atomico il lock e sospende l esecuzione. 5
Condition Variables 6
Esempio Bounded Buffer https://bitbucket.org/sistemioperativiunibg/lab4-boundedbuffer 7
Esercizi Coke machine: Usando i Lock e le Condition variable del package java.util.concurrent.locks come meccanismo di sincronizzazione, si realizzi in Java una soluzione al problema di prelevare lattine di coca-cola da una macchinetta e di rifornirla nel caso in cui rimanga vuota. Definire le classi per i thread Utente e il thread Fornitore. Completare, inoltre, lo scheletro della classe CokeMachine (riportata sotto) contenente le lattine di coca-cola (oggetti condivisi) ed i metodi: remove(...), eseguito dal generico utente per prelevare una lattina dalla macchinetta; deposit(...), eseguito dal fornitore del servizio per caricare la macchinetta bel caso in cui rimane vuota. Si assuma che inizialmente la macchinetta è piena, e che un utente (a scelta: il primo a trovare la macchinetta vuota o l utente che preleva l ultima lattina) può segnalare al fornitore che la macchinetta è vuota. import java.util.concurrent.locks.lock; import java.util.concurrent.locks.reentrantlock; public class CokeMachine { private static final int N = 50; //Capacità della macchinetta private int count ; //Numero effettivo di lattine presenti nella macchinetta private final Lock lock = new ReentrantLock(); //Lock per la mutua esclusione //Condition variables //... <COMPLETARE>... 8
Esercizi Toilette: Un ristorante ha una toilette unica per uomini e donne ed ha una capacità limitata a N persone. Si assuma che ogni utente della toilette (Man / Woman) sia rappresentato in Java da un thread e che il bagno (Toilettte) sia un oggetto Java condiviso. Implementare i thread utenti della toilette e completare la definizione della classe Toilette riportata di seguito realizzando uno schema di sincronizzazione con Lock e Condition variable del package java.util.concurrent.locks che garantisca i seguenti vincoli: nella toilette non possono esserci contemporaneamente uomini e donne nell'accesso alla toilette, le donne hanno la priorità sugli uomini Tali condizioni di sincronizzazione devono riflettersi nel codice della classe Toilette nel modo seguente. Il thread Woman richiamerà il metodo womanin() per entrare nel bagno e deve essere sospeso: se ci sono uomini nel bagno, o se il bagno è pieno. Il thread Man esegue il metodo manin() per entrare nel bagno e deve essere sospeso: se ci sono donne nel bagno, o se il bagno è pieno, o se ci sono donne in attesa, e così via come suggerito nel riquadro per i metodi per uscire dal bagno. 9
Esercizi Toilette (scheletro): public class Toilette { private static int N; //capacità del bagno private int womeninside; // numero di donne in toilette // TODO:.. <DA COMPLETARE> public Toilette(int n){ this.n = n; // TODO: <DA COMPLETARE> /** * Provo ad acquisire il lock sulla risorsa Toilette per uscire. * Acquisito il lock, aggiorno lo stato del bagno per indicare che ci sarà una donna in meno, * e poi prima di uscire dal bagno e rilasciare il lock: se ci sono donne che aspettano * risveglio una donna sospesa, altrimenti se non ci sono più donne risveglio tutti gli uomini. * **/ public void womanout() { // TODO: <DA COMPLETARE> 10
Esercizi Toilette (scheletro segue): /** * Similmente alla donna, ma prima di uscire controlla: se ci sono donne in attesa di entrare * e se nel bagno non ci sono uomini, allora risveglio tutte le donne sospese; altrimenti, * se non ci sono donne che aspettano e ci sono, invece, uomini che aspettano, allora risveglio un uomo. * **/ public void manout() { // TODO: <DA COMPLETARE> /** * Fintanto che la toilette è piena o ci sono uomini in bagno, il thread donna si sospende * **/ public void womanin(){ // TODO: <DA COMPLETARE> /** Fintanto che la toilette è piena o ci sono donne in bagno o ci sono donne in attesa * di entrare, il thread uomo si sospende * **/ public void manin() { // TODO: <DA COMPLETARE> 11