Состоятельный thread. Потоки

  1. Какие приоритеты нитей бывают?

    Ответ на этот вопрос есть в лекциях JavaRush.

    Для оптимизации параллельной работы нитей в Java имеется возможность устанавливать приоритеты нитей. Нити с большим приоритетом имеют преимущество в получении времени процессора перед нитями с более низким приоритетом.

    Работа с приоритетами обеспечивается следующими методами класса Thread:

    public final void setPriority(int newPriority)

    Устанавливает приоритет нити.

    public final int getPriority()

    Позволяет узнать приоритет нити.

    Значение параметра в методе setPriority не может произвольным. Оно должно находиться в пределах от MIN_PRIORITY до MAX_PRIORITY . При своем создании нить имеет приоритет NORM_PRIORITY .

    MIN_PRIORITY = 1.
    NORM_PRIORITY =5.
    MAX_PRIORITY = 10.

    2. Можно ли остановить нить, снизив ее приоритет до 0?

    Ответ в статье: «Топ 50 вопросов на собеседовании. Тема: Многопоточность (Multithreading)»

    На форуме нашел.

    Есть вариант этой статьи на английском языке: Top 50 Java Thread Interview Questions Answers for Freshers, Experienced Programmers

    Java предоставляет богатые API для всего, но, по иронии судьбы, не предоставляет удобных способов остановки нити. В JDK 1.0 было несколько управляющих методов, например stop() , suspend() и resume() , которые были помечены как deprecated в будущих релизах из-за потенциальных угроз взаимной блокировки, с тех пор разработчики Java API не предприняли попыток представить стойкий, ните-безопасный и элегантный способ остановки нитей. Программисты в основном полагаются на факт того, что нить останавливается сама, как только заканчивает выполнять методы run() или call() . Для остановки вручную, программисты пользуются преимуществом volatile boolean переменной и проверяют её значение в каждой итерации, если в методе run() есть циклы, или прерывают нити методом interrupt() для внезапной отмены заданий.

    Конкретно по вопросу: Нигде не видел, чтобы кто-то приоритет выставлял в 0.

    Если кто знает об этом что-нибудь, то напишите в комментариях.

    Зачем нужен класс ThreadGroup ?

    ThreadGroup представляет собой набор нитей, которые так же могут содержать в себе другие группы потоков. Группа нитей образует дерево, в котором каждая другая группа нитей имеет родителя (кроме исходной). Поток имеет право доступа к данным из своей группы нитей, но не имеет такого доступа к другим группам или к родительской группе потоков.

    В какой группе нитей состоит main-thread ?

    Нигде не нашел)) Подскажите где это есть))

    Что такое паттерн ThreadPool ?

    На это есть выдержка из статьи на википедии:

    In computer programming, the thread pool pattern (also replicated workers or worker-crew model) is where a number of threads are created to perform a number of tasks, which are usually organized in a queue. The results from the tasks being executed might also be placed in a queue, or the tasks might return no result (for example, if the task is for animation). Typically, there are many more tasks than threads. As soon as a thread completes its task, it will request the next task from the queue until all tasks have been completed. The thread can then terminate, or sleep until there are new tasks available.

    The number of threads used is a parameter that can be tuned to provide the best performance. Additionally, the number of threads can be dynamic based on the number of waiting tasks. For example, a web server can add threads if numerous web page requests come in and can remove threads when those requests taper down. The cost of having a larger thread pool is increased resource usage. The algorithm used to determine when to create or destroy threads will have an impact on the overall performance:

    • create too many threads, and resources are wasted and time also wasted creating any unused threads
    • destroy too many threads and more time will be spent later creating them again
    • creating threads too slowly might result in poor client performance (long wait times)

    В компьютерном программировании есть модель пула потоков, где определенное число потоков создается для выполнения целого ряда задач, которые обычно организуются в очереди. Результаты от выполненных задач также могут быть помещены в очередь, либо задачи могут не возвращать никакого результата (например, если задача для анимации).

    Как правило, существует гораздо больше задач, чем потоков. Как только поток завершит свою задачу, он будет запрашивать следующую задачу из очереди, пока все задачи не будут завершены. Поток может затем прерваться или заснуть. Количество используемых потоков, это параметр, который может быть настроен, для обеспечения наилучшей производительности. Кроме того, число потоков может быть динамическим на основе количества возникающих задач. Например, веб-сервер может добавлять потоки, если запросы многочисленных веб-страниц приходят и может удалить потоки, когда этих запросов становится меньше. С увеличением размера пула потоков увеличивается использование ресурсов компьютера. Алгоритм, используемый для определения того, когда создавать или уничтожать потоки, будет иметь влияние на общую производительность: - Создать слишком много потоков значит тратить ресурсы и время впустую.

    Уничтожить слишком много потоков и больше времени будет потрачено позже снова для их создания - Создание потоков слишком медленно, может привести к снижению производительности клиента.

    Зачем нужен класс ThreadPoolExecutor ?

    public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService

    ExecutorService это выполняет каждую представленную задачу, используя один возможно из нескольких объединенных в пул потоков, обычно сконфигурированное использование Executors методы фабрики.

    Пулы потоков рассматривают две различных проблемы: они обычно обеспечивают улучшенную производительность, выполняя большие количества асинхронных задач, из-за уменьшенных издержек вызова на задачу, и они обеспечивают средство ограничения и управления ресурсами, включая потоки, использованные, выполняя набор задач. Каждый ThreadPoolExecutor также поддерживает немного основной статистики, такой как число завершенных задач.

    Чтобы быть полезным через широкий диапазон контекстов, этот класс обеспечивает много корректируемых параметров и рычагов расширяемости. Однако, программистов убеждают использовать более удобное Executors методы фабрики Executors.newCachedThreadPool() (неограниченный пул потоков, с автоматическим восстановлением потока), Executors.newFixedThreadPool(int) (пул потоков фиксированного размера) и Executors.newSingleThreadExecutor() (единственный фоновый поток), которые предварительно конфигурируют настройки для наиболее распространенных сценариев использования.

    Сколько способов создать нить вы знаете?

    На уровне языка есть два способа создания нити. Объект класса java.lang.Thread представляет собой нить, но ей требуется задача для исполнения, которая является объектом, реализующим интерфейс java.lang.Runnable . Так как класс Thread реализует интерфейс Runnable , вы можете переопределить метод run() унаследовав ваш класс от Thread или реализовав в нём интерфейс Runnable .

    Для чего используется класс Future ?

    Future хранит результат асинхронного вычисления. Вы можете запустить вычисление, предоставив кому-либо объект Future , и забыть о нем. Владелец объекта Future может получить результат, когда он будет готов.

    В чем преимущества Callable над Runnable ?

    Интерфейс Callable гораздо больше подходит для создания задач, предназначенных для параллельного выполнения, нежели интерфейс Runnable или тем более класс Thread . При этом стоит отметить, что возможность добавить подобный интерфейс появилась только начиная с версии Java 5, так как ключевая особенность интерфейса Callable – это использование параметризованных типов (generics), как показано в листинге.

    Листинг Создание задачи с помощью интерфейса Callable 10 1 import java. util. concurrent. Callable; 11 2 public class CallableSample implements Callable { 12 3 public String call () throws Exception { 13 4 if (какое- то условие) { 14 5 throw new IOException ("error during task processing" ) ; 15 6 } 16 7 System. out. println ("task is processing" ) ; 17 8 return "result " ; 18 9 } 19 10 }

    Сразу необходимо обратить внимание на строку 2, где указано, что интерфейс Callable является параметризованным, и его конкретная реализация – класс CallableSample , зависит от типа String . На строке 3 приведена сигнатура основного метода call в уже параметризованном варианте, так как в качестве типа возвращаемого значения также указан тип String . Фактически это означает, что была создана задача, результатом выполнения которой будет объект типа String (см. строку 8). Точно также можно создать задачу, в результате работы которой в методе call будет создаваться и возвращаться объект любого требуемого типа. Такое решение значительно удобнее по сравнению с методом run в интерфейсе Runnable , который не возвращает ничего (его возвращаемый тип – void) и поэтому приходится изобретать обходные пути, чтобы извлечь результат работы задачи.

    Еще одно преимущество интерфейса Callable – это возможность «выбрасывать» исключительные ситуации, не оказывая влияния на другие выполняющиеся задачи. На строке 3 указано, что из метода может быть «выброшена» исключительная ситуация типа Exception , что фактически означает любую исключительную ситуацию, так как все исключения являются потомками java.lang.Exception . На строке 5 эта возможность используется для создания контролируемой (checked) исключительной ситуации типа IOException . Метод run интерфейса Runnable вообще не допускал выбрасывания контролируемых исключительных ситуаций, а выброс неконтролируемой (runtime) исключительной ситуации приводил к остановке потока и всего приложения.

    Можно ли отменить выполнение задачи, если использовать класс Future ?

    Исходя из этой дискуссии , поднятой на хабре, выходит, что нельзя.

    У Future есть метод Future.cancel(boolean) , который должен отменить выполнение задачи. Но если задача уже начала выполняться, вызов Future.cancel(true) на самом деле не остановит ее. В недрах реализации FutureTask выполняется код:

    if (mayInterruptIfRunning) { Thread r = runner; if (r != null) r. interrupt () ; }

    Т.е. опять потоку, в котором выполняется задача, всего лишь рекомендуется прекратить выполнение. К тому же, мы не имеем даже возможности узнать выполняется ли задача в данный момент или нет. Есть, метод Future.isDone() , но опять мимо, он возвращает true не только когда задача завершила выполнение, а сразу после вызова Future.cancel() , даже если задача все еще выполняется (ведь Future.cancel(true) не останавливает задачу которая уже начала выполняться).

    Хорошо, если мы сами пишем весь код, тогда можно в нужных местах аккуратно обрабатывать Thread.isInterrupted() и все будет ОК. Но если мы запускаем сторонний код? Если у нас есть сервер расширяемый с помощью плагинов? Какой-нибудь криво написанный плагин может запросто привести к неработоспособному состоянию весь сервер ведь мы не можем корректно прервать выполнение зависшего плагина.

Многопоточное программирование позволяет разделить представление и обработку информации на несколько «легковесных» процессов (light-weight processes), имеющих общий доступ как к методам различных объектов приложения, так и к их полям. Многопоточность незаменима в тех случаях, когда графический интерфейс должен реагировать на действия пользователя при выполнении определенной обработки информации. Потоки могут взаимодействовать друг с другом через основной «родительский» поток, из которого они стартованы.

В качестве примера можно привести некоторый поток, отвечающий за представление информации в интерфейсе, который ожидает завершения работы другого потока, загружающего файл, и одновременно отображает некоторую анимацию или обновляет прогресс-бар. Кроме того этот поток может остановить загружающий файл поток при нажатии кнопки «Отмена».

Создатели Java предоставили две возможности создания потоков: реализация (implementing) интерфейса Runnable и расширение(extending) класса Thread . Расширение класса - это путь наследования методов и переменных класса родителя. В этом случае можно наследоваться только от одного родительского класса Thread . Данное ограничение внутри Java можно преодолеть реализацией интерфейса Runnable , который является наиболее распространённым способом создания потоков.

Преимущества потоков перед процессами

  • потоки намного легче процессов поскольку требуют меньше времени и ресурсов;
  • переключение контекста между потоками намного быстрее, чем между процессами;
  • намного проще добиться взаимодействия между потоками, чем между процессами.

Главный поток

Каждое java приложение имеет хотя бы один выполняющийся поток. Поток, с которого начинается выполнение программы, называется главным. После создания процесса, как правило, JVM начинает выполнение главного потока с метода main(). Затем, по мере необходимости, могут быть запущены дополнительные потоки. Многопоточность - это два и более потоков, выполняющихся одновременно в одной программе. Компьютер с одноядерным процессором может выполнять только один поток, разделяя процессорное время между различными процессами и потоками.

Класс Thread

В классе Thread определены семь перегруженных конструкторов, большое количество методов, предназначенных для работы с потоками, и три константы (приоритеты выполнения потока).

Конструкторы класса Thread

Thread(); Thread(Runnable target); Thread(Runnable target, String name); Thread(String name); Thread(ThreadGroup group, Runnable target); Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name); Thread(ThreadGroup group, String name);

  • target – экземпляр класса реализующего интерфейс Runnable;
  • name – имя создаваемого потока;
  • group – группа к которой относится поток.

Пример создания потока, который входит в группу, реализует интерфейс Runnable и имеет свое уникальное название:

Runnable r = new MyClassRunnable(); ThreadGroup tg = new ThreadGroup(); Thread t = new Thread(tg, r, "myThread");

Группы потоков удобно использовать, когда необходимо одинаково управлять несколькими потоками. Например, несколько потоков выводят данные на печать и необходимо прервать печать всех документов поставленных в очередь. В этом случае удобно применить команду ко всем потокам одновременно, а не к каждому потоку отдельно. Но это можно сделать, если потоки отнесены к одной группе.

Несмотря на то, что главный поток создаётся автоматически, им можно управлять. Для этого необходимо создать объект класса Thread вызовом метода currentThread() .

Методы класса Thread

Наиболее часто используемые методы класса Thread для управления потоками:

  • long getId() - получение идентификатора потока;
  • String getName() - получение имени потока;
  • int getPriority() - получение приоритета потока;
  • State getState() - определение состояния потока;
  • void interrupt() - прерывание выполнения потока;
  • boolean isAlive() - проверка, выполняется ли поток;
  • boolean isDaemon() - проверка, является ли поток «daemon»;
  • void join() - ожидание завершения потока;
  • void join(millis) - ожидание millis милисекунд завершения потока;
  • void notify() - «пробуждение» отдельного потока, ожидающего «сигнала»;
  • void notifyAll() - «пробуждение» всех потоков, ожидающих «сигнала»;
  • void run() - запуск потока, если поток был создан с использованием интерфейса Runnable;
  • void setDaemon(bool) - определение «daemon» потока;
  • void setPriority(int) - определение приоритета потока;
  • void sleep(int) - приостановка потока на заданное время;
  • void start() - запуск потока.
  • void wait() - приостановка потока, пока другой поток не вызовет метод notify();
  • void wait(millis) - приостановка потока на millis милисекунд или пока другой поток не вызовет метод notify();

Жизненный цикл потока

При выполнении программы объект Thread может находиться в одном из четырех основных состояний: «новый», «работоспособный», «неработоспособный» и «пассивный». При создании потока он получает состояние «новый» (NEW) и не выполняется. Для перевода потока из состояния «новый» в «работоспособный» (RUNNABLE) следует выполнить метод start(), вызывающий метод run().

Поток может находиться в одном из состояний, соответствующих элементам статически вложенного перечисления Thread.State:

NEW - поток создан, но еще не запущен;
RUNNABLE - поток выполняется;
BLOCKED - поток блокирован;
WAITING - поток ждет окончания работы другого потока;
TIMED_WAITING - поток некоторое время ждет окончания другого потока;
TERMINATED - поток завершен.

Пример использования Thread

В примере ChickenEgg рассматривается параллельная работа двух потоков (главный поток и поток Egg), в которых идет спор, «что было раньше, яйцо или курица?». Каждый поток высказывает свое мнение после небольшой задержки, формируемой методом ChickenEgg.getTimeSleep(). Побеждает тот поток, который последним говорит свое слово.

Package example; import java.util.Random; class Egg extends Thread { @Override public void run() { for(int i = 0; i < 5; i++) { try { // Приостанавливаем поток sleep(ChickenEgg.getTimeSleep()); System.out.println("Яйцо"); }catch(InterruptedException e){} } } } public class ChickenEgg { public static int getTimeSleep() { final Random random = new Random(); int tm = random.nextInt(1000); if (tm < 10) tm *= 100; else if (tm < 100) tm *= 10; return tm; } public static void main(String args) { Egg egg = new Egg (); // Создание потока System.out.println("Начинаем спор: кто появился первым?"); egg.start(); // Запуск потока for(int i = 0; i < 5; i++) { try { // Приостанавливаем поток Thread.sleep(ChickenEgg.getTimeSleep()); System.out.println("Курица"); }catch(InterruptedException e){} } if(egg.isAlive()) { // Cказало ли яйцо последнее слово? try { // Ждем, пока яйцо закончит высказываться egg.join(); } catch (InterruptedException e){} System.out.println("Первым появилось яйцо!!!"); } else { //если оппонент уже закончил высказываться System.out.println("Первой появилась курица!!!"); } System.out.println("Спор закончен"); } }

Начинаем спор: кто появился первым? Курица Курица Яйцо Курица Яйцо Яйцо Курица Курица Яйцо Яйцо Первым появилось яйцо!!! Спор закончен

Невозможно точно предсказать, какой поток закончит высказываться последним. При следующем запуске «победитель» может измениться. Это происходит вследствии так называемого «асинхронного выполнения кода». Асинхронность обеспечивает независимость выполнения потоков. Или, другими словами, параллельные потоки независимы друг от друга, за исключением случаев, когда бизнес-логика зависимости выполнения потоков определяется предусмотренными для этого средств языка.

Интерфейс Runnable

Интерфейс Runnable содержит только один метод run() :

Interface Runnable { void run(); }

Метод run() выполняется при запуске потока. После определения объекта Runnable он передается в один из конструкторов класса Thread .

Пример класса RunnableExample, реализующего интерфейс Runnable

Package example; class MyThread implements Runnable { Thread thread; MyThread() { thread = new Thread(this, "Дополнительный поток"); System.out.println("Создан дополнительный поток " + thread); thread.start(); } @Override public void run() { try { for (int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("\tдополнительный поток: " + i); Thread.sleep(500); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("\tдополнительный поток прерван"); } System.out.println("\tдополнительный поток завершён"); } } public class RunnableExample { public static void main(String args) { new MyThread(); try { for (int i = 5; i > 0; i--) { System.out.println("Главный поток: " + i); Thread.sleep(1000); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Главный поток прерван"); } System.out.println("Главный поток завершён"); } }

При выполнении программы в консоль было выведено следующее сообщение.

Создан дополнительный поток Thread[Дополнительный поток,5,main] Главный поток: 5 дополнительный поток: 5 дополнительный поток: 4 Главный поток: 4 дополнительный поток: 3 дополнительный поток: 2 Главный поток: 3 дополнительный поток: 1 дополнительный поток завершён Главный поток: 2 Главный поток: 1 Главный поток завершён

Синхронизация потоков, synchronized

В процессе функционирования потоки часто используют общие ресурсы приложения, определенные вне потока. Если несколько потоков начнут одновременно вносить изменения в общий ресурс, то результаты выполнения программы могут быть непредсказуемыми. Рассмотрим следующий пример:

Package example; class CommonObject { int counter = 0; } class CounterThread implements Runnable { CommonObject res; CounterThread(CommonObject res) { this.res = res; } @Override public void run() { // synchronized(res) { res.counter = 1; for (int i = 1; i < 5; i++){ System.out.printf(""%s" - %d\n", Thread.currentThread().getName(), res.counter); res.counter++; try { Thread.sleep(100); } catch(InterruptedException e){} } // } } } public class SynchronizedThread { public static void main(String args) { CommonObject commonObject= new CommonObject(); for (int i = 1; i < 6; i++) { Thread t; t = new Thread(new CounterThread(commonObject)); t.setName("Поток " + i); t.start(); } } }

В примере определен общий ресурс в виде класса CommonObject, в котором имеется целочисленное поле counter. Данный ресурс используется внутренним классом , создающим поток CounterThread для увеличения в цикле значения counter на единицу. При старте потока полю counter присваивается значение 1. После завершения работы потока значение res.counter должно быть равно 4.

Две строчки кода класса CounterThread закомментированы. О них речь пойдет ниже.

В главном классе программы SynchronizedThread.main запускается пять потоков. То есть, каждый поток должен в цикле увеличить значение res.counter с единицы до четырех; и так пять раз. Но результат работы программы, отображаемый в консоли, будет иным:

"Поток 4" - 1 "Поток 2" - 1 "Поток 1" - 1 "Поток 5" - 1 "Поток 3" - 1 "Поток 2" - 6 "Поток 4" - 7 "Поток 3" - 8 "Поток 5" - 9 "Поток 1" - 10 "Поток 2" - 11 "Поток 4" - 12 "Поток 5" - 13 "Поток 3" - 13 "Поток 1" - 15 "Поток 4" - 16 "Поток 2" - 16 "Поток 3" - 18 "Поток 5" - 18 "Поток 1" - 20

То есть, с общим ресурсов res.counter работают все потоки одновременно, поочередно изменяя значение.

Чтобы избежать подобной ситуации, потоки необходимо синхронизировать. Одним из способов синхронизации потоков связан с использованием ключевого слова synchronized . Оператор synchronized позволяет определить блок кода или метод, который должен быть доступен только одному потоку. Можно использовать synchronized в своих классах определяя синхронизированные методы или блоки. Но нельзя использовать synchronized в переменных или атрибутах в определении класса.

Блокировка на уровне объекта

Блокировать общий ресурс можно на уровне объекта, но нельзя использовать для этих целей примитивные типы. В примере следует удалить строчные комментарии в классе CounterThread, после чего общий ресурс будет блокироваться как только его захватит один из потоков; остальные потоки будут ждать в очереди освобождения ресурса. Результат работы программы при синхронизации доступа к общему ресурсу резко изменится:

"Поток 1" - 1 "Поток 1" - 2 "Поток 1" - 3 "Поток 1" - 4 "Поток 5" - 1 "Поток 5" - 2 "Поток 5" - 3 "Поток 5" - 4 "Поток 4" - 1 "Поток 4" - 2 "Поток 4" - 3 "Поток 4" - 4 "Поток 3" - 1 "Поток 3" - 2 "Поток 3" - 3 "Поток 3" - 4 "Поток 2" - 1 "Поток 2" - 2 "Поток 2" - 3 "Поток 2" - 4

Следующий код демонстрирует порядок использования оператора synchronized для блокирования доступа к объекту.

Synchronized (оbject) { // other thread safe code }

Блокировка на уровне метода и класса

Блокировать доступ к ресурсам можно на уровне метода и класса. Следующий код показывает, что если во время выполнения программы имеется несколько экземпляров класса DemoClass, то только один поток может выполнить метод demoMethod(), для других потоков доступ к методу будет заблокирован. Это необходимо когда требуется сделать определенные ресурсы потокобезопасными.

Public class DemoClass { public synchronized static void demoMethod(){ // ... } } // или public class DemoClass { public void demoMethod(){ synchronized (DemoClass.class) { // ... } } }

Каждый объект в Java имеет ассоциированный с ним монитор, который представляет своего рода инструмент для управления доступа к объекту. Когда выполнение кода доходит до оператора synchronized , монитор объекта блокируется, предоставляя монопольный доступ к блоку кода только одному потоку, который произвел блокировку. После окончания работы блока кода, монитор объекта освобождается и он становится доступным для других потоков.

Некоторые важные замечания использования synchronized

  1. Синхронизация в Java гарантирует, что два потока не могут выполнить синхронизированный метод одновременно.
  2. Оператор synchronized можно использовать только с методами и блоками кода, которые могут быть как статическими, так и не статическими.
  3. Если один из потоков начинает выполнять синхронизированный метод или блок, то этот метод/блок блокируются. Когда поток выходит из синхронизированного метода или блока JVM снимает блокировку. Блокировка снимается, даже если поток покидает синхронизированный метод после завершения из-за каких-либо ошибок или исключений.
  4. Синхронизация в Java вызывает исключение NullPointerException, если объект, используемый в синхронизированном блоке, не определен, т.е. равен null.
  5. Синхронизированные методы в Java вносят дополнительные затраты на производительность приложения. Поэтому следует использовать синхронизацию, когда она абсолютно необходима.
  6. В соответствии со спецификацией языка нельзя использовать synchronized в конструкторе, т.к. приведет к ошибке компиляции.

Примечание: для синхронизации потоков можно использовать объекты синхронизации Synchroniser"s пакета java.util.concurrent .

Взаимная блокировка

С использованием блокировок необходимо быть очень внимательным, чтобы не создать «взаимоблокировку», которая хорошо известна разработчикам. Этот термин означает, что один из потоков ждет от другого освобождения заблокированного им ресурса, в то время как сам также заблокировал один из ресурсов, доступа к которому ждёт второй поток. В данном процессе могут участвовать два и более потоков.

Основные условия возникновения взаимоблокировок в многопотоковом приложении:

  • наличие ресурсов, которые должны быть доступны только одному потоку в произвольный момент времени;
  • при захвате ресурса поток пытается захватить еще один уникальный ресурс;
  • отсутствует механизм освобождения ресурса при продолжительном его удержании;
  • во время исполнения несколько потоков могут захватить разные уникальные ресурсы и ждать друг от друга их освобождения.

Взаимодействие между потоками в Java, wait и notify

При взаимодействии потоков часто возникает необходимость приостановки одних потоков и их последующего извещения о завершении определенных действий в других потоков. Так например, действия первого потока зависят от результата действий второго потока, и надо каким-то образом известить первый поток, что второй поток произвел/завершил определенную работу. Для подобных ситуаций используются методы:

  • wait() - освобождает монитор и переводит вызывающий поток в состояние ожидания до тех пор, пока другой поток не вызовет метод notify();
  • notify() - продолжает работу потока, у которого ранее был вызван метод wait();
  • notifyAll() - возобновляет работу всех потоков, у которых ранее был вызван метод wait().

Все эти методы вызываются только из синхронизированного контекста (синхронизированного блока или метода).

Рассмотрим пример «Производитель-Склад-Потребитель» (Producer-Store-Consumer). Пока производитель не поставит на склад продукт, потребитель не может его забрать. Допустим производитель должен поставить 5 единиц определенного товара. Соответственно потребитель должен весь товар получить. Но, при этом, одновременно на складе может находиться не более 3 единиц товара. При реализации данного примера используем методы wait() и notify() .

Листинг класса Store

Package example; public class Store { private int counter = 0; public synchronized void get() { while (counter < 1) { try { wait(); } catch (InterruptedException e) {} } counter--; System.out.println("-1: товар забрали"); System.out.println("\tколичество товара на складе: " + counter); notify(); } public synchronized void put() { while (counter >= 3) { try { wait(); }catch (InterruptedException e) {} } counter++; System.out.println("+1: товар добавили"); System.out.println("\tколичество товара на складе: " + counter); notify(); } }

Класс Store содержит два синхронизированных метода для получения товара get() и для добавления товара put() . При получении товара выполняется проверка счетчика counter. Если на складе товара нет, то есть counter < 1, то вызывается метод wait() , который освобождает монитор объекта Store и блокирует выполнение метода get() , пока для этого монитора не будет вызван метод notify() .

При добавлении товара также выполняется проверка количества товара на складе. Если на складе больше 3 единиц товара, то поставка товара приостанавливается и вызывается метод notify() , который передает управление методу get() для завершения цикла while().

Листинги классов Producer и Consumer

Классы Producer и Consumer реализуют интерфейс Runnable , методы run() у них переопределены. Конструкторы этих классов в качестве параметра получают объект склад Store. При старте данных объектов в виде отдельных потоков в цикле вызываются методы put() и get() класса Store для «добавления» и «получения» товара.

Package example; public class Producer implements Runnable { Store store; Producer(Store store) { this.store=store; } @Override public void run() { for (int i = 1; i < 6; i++) { store.put(); } } } public class Consumer implements Runnable { Store store; Consumer(Store store) { this.store=store; } @Override public void run(){ for (int i = 1; i < 6; i++) { store.get(); } } }

Листинг класса Trade

В главном потоке класса Trade (в методе main ) создаются объекты Producer-Store-Consumer и стартуются потоки производителя и потребителя.

Package example; public class Trade { public static void main(String args) { Store store = new Store(); Producer producer = new Producer(store); Consumer consumer = new Consumer(store); new Thread(producer).start(); new Thread(consumer).start(); } }

При выполнении программы в консоль будут выведены следующие сообщения:

1: товар добавили количество товара на складе: 1 +1: товар добавили количество товара на складе: 2 +1: товар добавили количество товара на складе: 3 -1: товар забрали количество товара на складе: 2 -1: товар забрали количество товара на складе: 1 -1: товар забрали количество товара на складе: 0 +1: товар добавили количество товара на складе: 1 +1: товар добавили количество товара на складе: 2 -1: товар забрали количество товара на складе: 1 -1: товар забрали количество товара на складе: 0

Поток-демон, daemon

Java приложение завершает работу тогда, когда завершает работу последний его поток. Даже если метод main() уже завершился, но еще выполняются порожденные им потоки, система будет ждать их завершения.

Однако это правило не относится к потоков-демонам (daemon ). Если завершился последний обычный поток процесса, и остались только daemon потоки, то они будут принудительно завершены и выполнение приложения закончится. Чаще всего daemon потоки используются для выполнения фоновых задач, обслуживающих процесс в течение его жизни.

Объявить поток демоном достаточно просто. Для этого нужно перед запуском потока вызвать его метод setDaemon(true). Проверить, является ли поток daemon "ом можно вызовом метода isDaemon(). В качестве примера использования daemon-потока можно рассмотреть класс Trade, который принял бы следующий вид:

Package example; public class Trade { public static void main(String args) { Producer producer = new Producer(store); Consumer consumer = new Consumer(store); // new Thread(producer).start(); // new Thread(consumer).start(); Thread tp = new Thread(producer); Thread tc = new Thread(consumer); tp.setDaemon(true); tc.setDaemon(true); tp.start(); tc.start(); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {} System.out.println("\nГлавный поток завершен\n"); System.exit(0); } }

Здесь можно самостоятельно поэкспериментировать с определением daemon-потока для одного из классов (producer, consumer) или обоих классов, и посмотреть, как система (JVM) будет вести себя.

Thread и Runnable, что выбрать?

Зачем нужно два вида реализации многопоточности; какую из них и когда использовать? Ответ несложен. Реализация интерфейса Runnable используется в случаях, когда класс уже наследует какой-либо родительский класс и не позволяет расширить класс Thread . К тому же хорошим тоном программирования в java считается реализация интерфейсов. Это связано с тем, что в java может наследоваться только один родительский класс. Таким образом, унаследовав класс Thread , невозможно наследовать какой-либо другой класс.

Расширение класса Thread целесообразно использовать в случае необходимости переопределения других методов класса помимо метода run().

Приоритеты выполнения и голодание

Иногда разработчики используют приоритеты выполнения потока. В Java есть планировщик потоков (Thread Scheduler ), который контролирует все запущенные потоки и решает, какие потоки должны быть запущены и какая строка кода должна выполняться. Решение основывается на приоритете потока. Поэтому потоки с меньшим приоритетом получают меньше процессорного времени по сравнению с потоками с бо́льшим приоритет. Данное разумное решением может стать причиной проблем при злоупотреблении. То есть, если бо́льшую часть времени исполняются потоки с высоким приоритетом, то низкоприоритетные потоки начинают «голодать», поскольку не получают достаточно времени для того, чтобы выполнить свою работу должным образом. Поэтому рекомендуется задавать приоритет потока только тогда, когда для этого имеются веские основания.

Неочевидный пример «голодания» потока даёт метод finalize() , предоставляющий возможность выполнить код перед тем, как объект будет удалён сборщиком мусора. Однако приоритет финализирующего потока невысокий. Следовательно, возникают предпосылки для потокового голодания, когда методы finalize() объекта тратят слишком много времени (большие задержки) по сравнению с остальным кодом.

Другая проблема со временем исполнения может возникнуть от того, что не был определен порядок прохождения потоком блока synchronized . Когда несколько параллельных потоков должны выполнить некоторый код, оформленный блоком synchronized , может получиться так, что одним потокам придётся ждать дольше других, прежде чем войти в блок. Теоретически они могут вообще туда не попасть.

Скачать примеры

Рассмотренные на странице примеры многопоточности и синхронизации потоков в виде проекта Eclipse можно скачать (14Кб).


В русской терминологии за термином Thread укрепился перевод "Поток". Хотя это слово также можно перевести как "Нить". Иногда в зарубежных учебных материалах понятие потока объясняется именно на нитях. Продолжим логический ряд - там где нити, там и клубок. А где клубок, там и кот. Сразу видно, что у переводчиков не было котов. Так и возникла путаница. Тем более что существуют другие потоки под термином Stream . Переводчики, вообще странный народ.

Когда запускается любое приложение, то начинает выполняться поток, называемый главным потоком (main). От него порождаются дочерние потоки. Главный поток, как правило, является последним потоком, завершающим выполнение программы.

Несмотря на то, что главный поток создаётся автоматически, им можно управлять через объект класса Thread . Для этого нужно вызвать метод currentThread() , после чего можно управлять потоком.

Класс Thread содержит несколько методов для управления потоками.

  • getName() - получить имя потока
  • getPriority() - получить приоритет потока
  • isAlive() - определить, выполняется ли поток
  • join() - ожидать завершение потока
  • run() - запуск потока. В нём пишите свой код
  • sleep() - приостановить поток на заданное время
  • start() - запустить поток

Получим информацию о главном потоке и поменяем его имя.

Thread mainThread = Thread.currentThread(); mInfoTextView.setText("Текущий поток: " + mainThread.getName()); // Меняем имя и выводим в текстовом поле mainThread.setName("CatThread"); mInfoTextView.append("\nНовое имя потока: " + mainThread.getName());

Имя у главного потока по умолчанию main , которое мы заменили на CatThread .

Вызовем информацию о названии потока без указания метода.

Thread mainThread = Thread.currentThread(); mInfoTextView.setText("Текущий поток: " + mainThread);

В этом случае можно увидеть строчку Thread - имя потока, его приоритет и имя его группы.

Создание собственного потока

Создать собственный поток не сложно. Достаточно наследоваться от класса Thread .

Объявим внутри нашего класса внутренний класс и вызовем его по щелчку, вызвав метод start() .

Public class MyThread extends Thread { public void run() { Log.d(TAG, "Mой поток запущен..."); } } public void onClick(View view) { MyThread myThread = new MyThread(); myThread.start(); }

Как вариант, перенести вызов метода start() в конструктор.

Public void onClick(View view) { MyThread myThread = new MyThread(); } public class MyThread extends Thread { // Конструктор MyThread() { // Создаём новый поток super("Второй поток"); Log.i(TAG, "Создан второй поток " + this); start(); // Запускаем поток } public void run() { Log.d(TAG, "Mой поток запущен..."); try { for (int i = 5; i > 0; i--) { Log.i(TAG, "Второй поток: " + i); Thread.sleep(500); } } catch (InterruptedException e) { Log.i(TAG, "Второй поток прерван"); } } }

Создание потока с интерфейсом Runnable

Есть более сложный вариант создания потока. Для создания нового потока нужно реализовать интерфейс Runnable . Вы можете создать поток из любого объекта, реализующего интерфейс Runnable и объявить метод run() .

Внутри метода run() вы размещаете код для нового потока. Этот поток завершится, когда метод вернёт управление.

Когда вы объявите новый класс с интерфейсом Runnable , вам нужно использовать конструктор:

Thread(Runnable объект_потока, String имя_потока)

В первом параметре указывается экземпляр класса, реализующего интерфейс. Он определяет, где начнётся выполнение потока. Во втором параметре передаётся имя потока.

После создания нового потока, его нужно запустить с помощью метода start() , который, по сути, выполняет вызов метода run() .

Создадим новый поток внутри учебного проекта в виде вложенного класса и запустим его.

Package ru.alexanderklimov.expresscourse; import android.os.Bundle; import android.support.v7.app.AppCompatActivity; import android.util.Log; import android.view.View; import android.widget.Button; import android.widget.EditText; import android.widget.TextView; import static ru.alexanderklimov.expresscourse.R.id.textViewInfo; public class MainActivity extends AppCompatActivity { final String TAG = "ExpressCourse"; private Button mButton; private EditText mResultEditText; private TextView mInfoTextView; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); mButton = (Button) findViewById(R.id.buttonGetResult); mResultEditText = (EditText) findViewById(R.id.editText); mInfoTextView = (TextView) findViewById(textViewInfo); } public void onClick(View view) { new MyRunnable(); // создаём новый поток try { for (int i = 5; i > 0; i--) { Log.i(TAG, "Главный поток: " + i); Thread.sleep(1000); } } catch (InterruptedException e) { Log.i(TAG, "Главный поток прерван"); } } class MyRunnable implements Runnable { Thread thread; // Конструктор MyRunnable() { // Создаём новый второй поток thread = new Thread(this, "Поток для примера"); Log.i(TAG, "Создан второй поток " + thread); thread.start(); // Запускаем поток } // Обязательный метод для интерфейса Runnable public void run() { try { for (int i = 5; i > 0; i--) { Log.i(TAG, "Второй поток: " + i); Thread.sleep(500); } } catch (InterruptedException e) { Log.i(TAG, "Второй поток прерван"); } } } }

Внутри конструктора MyRunnable() мы создаём новый объект класса Thread

Thread = new Thread(this, "Поток для примера");

В первом параметре использовался объект this , что означает желание вызвать метод run() этого объекта. Далее вызывается метод start() , в результате чего запускается выполнение потока, начиная с метода run() . В свою очередь метод запускает цикл для нашего потока. После вызова метода start() , конструктор MyRunnable() возвращает управление приложению. Когда главный поток продолжает свою работу, он входит в свой цикл. После этого оба потока выполняются параллельно.

Можно запускать несколько потоков, а не только второй поток в дополнение к первому. Это может привести к проблемам, когда два потока пытаюсь работать с одной переменной одновременно.

Ключевое слово syncronized - синхронизированные методы

Для решения проблемы с потоками, которые могут внести путаницу, используется синхронизация.

Метод может иметь модификатор syncronized . Когда поток находится внутри синхронизированного метода, все другие потоки, которые пытаются вызвать его в том же экземпляре, должны ожидать. Это позволяет исключить путаницу, когда несколько потоков пытаются вызвать метод.

Syncronized void meow(String msg);

Кроме того, ключевое слово syncronized можно использовать в качестве оператора. Вы можете заключить в блок syncronized вызовы методов какого-нибудь класса:

Syncronized(объект) { // операторы, требующие синхронизации }

Looper

Поток имеет в своём составе сущности Looper , Handler , MessageQueue .

Каждый поток имеет один уникальный Looper и может иметь много Handler .

Считайте Looper вспомогательным объектом потока, который управляет им. Он обрабатывает входящие сообщения, а также даёт указание потоку завершиться в нужный момент.

Поток получает свой Looper и MessageQueue через метод Looper.prepare() после запуска. Looper.prepare() идентифицирует вызывающий потк, создаёт Looper и MessageQueue и связывает поток с ними в хранилище ThreadLocal . Метод Looper.loop() следует вызывать для запуска Looper . Завершить его работу можно через метод looper.quit() .

Class LooperThread extends Thread { public Handler mHandler; public void run() { Looper.prepare(); mHandler = new Handler() { public void handleMessage(Message msg) { // process incoming messages here } }; Looper.loop(); } }

Используйте статический метод getMainLooper() для доступа к Looper главного потока:

Looper mainLooper = Looper.getMainLooper();

Создадим два потока. Один запустим в основном потоке, а второй отдельно от основного. Нам будет достаточно двух кнопок и метки.