Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- java:thread_signalling [2015/04/18 18:02]
gthanos
+++ java:thread_signalling [2016/02/26 11:15] (current)
@@ Line 1: / Line 1: @@
 ====== Συγχρονισμός Νημάτων ======
-Ο συγχρονισμός νημάτων έχει σαν στόχο να επιτρέπει σε διαφορετικά νήματα να διαβάζουν ή να γράφουν με ασφάλεια σε διαμοιραζόμενες μεταβλητές χωρίς να προκύπτουν ασάφειες ως προς τις τιμές των μεταβλητών αυτών λόγω ταυτόχρονης μεταβολής τους. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο νήματα Α, Β και το νήμα Α θέλει να ειδοποιήσει το νήμα Β μόλις ολοκληρώσει την επεξεργασία των δεδομένων του, ώστε εκείνο να ξεκινήσει την επεξεργασία των δεδομένων.
+Ο συγχρονισμός νημάτων έχει σαν στόχο να επιτρέπει σε διαφορετικά νήματα να διαβάζουν ή να γράφουν με ασφάλεια σε διαμοιραζόμενες μεταβλητές χωρίς να προκύπτουν ασάφειες ως προς τις τιμές των μεταβλητών αυτών λόγω ταυτόχρονης μεταβολής τους. Ο προσεκτικός αναγνώστης θα παρατηρήσει ότι το παραπάνω μπορούμε να το επιτύχουμε και με την χρήση συγχρονισμένων μπλοκ ή συγχρονισμένων μεθόδων. Το παραπάνω είναι εν μέρη σωστό, μόνο αν τα νήματα δύναται να εκτελούνται παράλληλα. Εάν τα νήματα δεν μπορούν να εκτελεστούν παράλληλα, αλλά το ένα νήμα θα πρέπει να περιμένει το άλλο να ολοκληρώσει τότε τα συγχρονισμένα block από μόνα τους δεν αποτελούν λύση. Σε αυτή την περίπτωση απαιτείται η έννοια της κλειδαριάς (lock).
+Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο νήματα Α, Β και το νήμα Α θέλει να ειδοποιήσει το νήμα Β μόλις ολοκληρώσει την επεξεργασία των δεδομένων του, ώστε εκείνο να ξεκινήσει την επεξεργασία των δεδομένων που δημιουργήθηκαν. Δεν μας αρκεί δηλαδή τα νήματα Α, Β να εκτελούνται παράλληλα, αλλά θα θέλαμε το Β να ξεκινήσει την επεξεργασία μόλις το Α ολοκληρώσει.
 ===== Συγχρονισμός μέσω διαμοιραζόμενων αντικειμένων και διαρκούς επανάληψης =====
@@ Line 61: / Line 63: @@
 }
 </code>
-Στο παράδειγμα αυτό το νήμα περιμένει, αλλά παράλληλα παραμένει και ενεργό (busy). Επίσης, θα παρατηρήσετε ότι αν τα δύο νήματα δεν καλέσουν την μέθοδο sleep() στην αρχή, τότε με μεγάλη πιθανότητα τα δύο νήματα θα εκκινήσουν ταυτόχρονα και ταυτόχρονα διαβάσουν την τιμή **signal.hasDataToProcess() -> -1**  και θα αρχίσουν να τρέχουν παράλληλα πράγμα που δεν το θέλουμε.
+Στο παράδειγμα αυτό το νήμα περιμένει, αλλά παράλληλα παραμένει και ενεργό (busy). Επίσης, θα παρατηρήσετε ότι με σημαντική πιθανότητα (αλλά όχι σίγουρα) τα δύο νήματα θα εκκινήσουν ταυτόχρονα και ταυτόχρονα διαβάσουν την τιμή **signal.hasDataToProcess() -> -1**  και θα αρχίσουν να εκτελούνται παράλληλα πράγμα που δεν το θέλουμε.
 ===== Συγχρονισμός με χρήση wait(), notify(), notifyAll() =====
@@ Line 101: / Line 103: @@
 </code>
-Η μέθοδος //notify()// ξυπνάει ένα νήμα που περιμένει στο συγκεκριμένο //monitor lock//. Όπως βλέπετε οι μέθοδοι //wait()// και //notify()// καλούνται μέσα σε ένα συγχρονισμένο block του οποίου το //monitor lock// αφορά το αντικείμενο από το οποίο καλούνται οι //wait()// και //notify()//. Το παραπάνω σχήμα είναι υποχρεωτικό, δηλαδή
+Η μέθοδος //notify()// ξυπνάει ένα νήμα που περιμένει στο συγκεκριμένο //monitor lock//. Όπως βλέπετε οι μέθοδοι //wait()// και //notify()// καλούνται μέσα σε ένα συγχρονισμένο block του οποίου το //monitor lock// αφορά το αντικείμενο από το οποίο καλούνται οι //wait()// και //notify()//. Το παραπάνω σχήμα είναι υποχρεωτικό, δηλαδή (ισχύουν και τα δύο παρακάτω):
   - οι //wait()// και //notify()// θα πρέπει να κληθούν μέσα σε ένα συγχρονισμένο block ή μία συγχρονισμένη μέθοδο. Αν δεν γίνει αυτό τότε λαμβάνουμε ένα [[http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/IllegalMonitorStateException.html|IllegalMonitorStateException]].
   - Κατά την κλήση των //wait()/notify()// δεν μπορούμε να αποκτήσουμε το monitor lock ενός διαφορετικού αντικειμένου από αυτό με το οποίο καλούμε τις wait()/notify(), δηλ δεν μπορούμε να κάνουμε κάτι σαν το παρακάτω
@@ Line 121: / Line 123: @@
 Εκτός της //notify()// υπάρχει και η //notifyAll()// που ξυπνάει όλα τα νήματα που περιμένουν στο συγκεκριμένο //monitor lock// σε αντίθεση με την notify() που ξυπνάει μόνο ένα νήμα. Όταν περισσότερα του ενός νήματα περιμένουν το ποιο νήμα θα ξυπνήσει η μέθοδος //notify()// δεν ελέγχεται από εσάς. Είστε όμως σίγουροι ότι θα ξυπνήσει ένα νήμα.
-<WRAP tip>
+<WRAP important 80% round center>
 Ο παραπάνω κώδικας δεν μπορεί να εξασφαλίσει τον συγχρονισμό αν αντικαταστήσουμε την notify() με την notifyAll(). Γιατί;
 </WRAP>
@@ Line 129: / Line 131: @@
 <WRAP tip 80% round center>
 Στην πραγματικότητα αυτό που συμβαίνει είναι λίγο πιο πολύπλοκο από όσο περιγράφεται παραπάνω. Όταν ένα νήμα ξυπνήσει δεν μπορεί αμέσως να βγει από την μέθοδο //wait()//. Αντίθετα θα πρέπει να περιμένει μέχρι το νήμα που κάλεσε την //notify()// να βγει από το συγχρονισμένο block ή την συγχρονισμένη μέθοδο. Αυτό συμβαίνει διότι το νήμα που ξυπνάει θα πρέπει να λάβει το //lock// του αντικειμένου από το οποίο κλήθηκε η μέθοδος //wait()// καθώς αυτή καλείται πάντα μέσα σε ένα συγχρονισμένο block ή μία συγχρονισμένη μέθοδο. Σε αναλογία, αν πολλαπλά νήματα ξυπνήσουν μέσα από μία κλήση της //notifyAll()//, τότε αυτά τα νήματα δεν μπορούν να ξυπνήσουν όλα μαζί, αλλά ένα-ένα καθώς κάθε ένα νήμα που ξυπνάει θα πρέπει να λάβει το lock πάνω στο οποίο περιμένει πριν συνεχίσει την εκτέλεση του.
-</WRAP>
-<WRAP tip 80% round center>
-Δεν θα πρέπει να συγχέετε τον μηχανισμό locking που επιτρέπει η Java μέσω των μεθόδων wait()/notify()/notifyAll() και των μεθόδων που τελικά κατασκευάζουμε ώστε να επιτύχουμε τον συγχρονισμό των νημάτων. Ο μηχανισμός που κατασκευάζουμε βασίζεται στον βασικό μηχανισμό της Java, αλλά συχνά κάνει πολύ περισσότερα από τον απλό μηχανισμό συγχρονισμού.
 </WRAP>
 ===== Ξαφνικά ξυπνήματα (Spurious wake-ups) =====
-Υπάρχει η πιθανότητα ένα νήμα να ξυπνήσε ακόμη και δίχως να κληθεί η //notify()// ή η //notifyAll()//. Σε αυτή την περίπτωση αν το νήμα λάβει το lock θα ξυπνήσει και θα συνεχίσει την εκτέλεση του δίχως να εξετάσει αν έχει έρθει ένα σήμα ή όχι. Για το λόγο αυτό, καλό θα είναι ο έλεγχος που γίνεται παραπάνω (μέσα στην //if()//) να αντικατασταθεί με ένα while() loop ώστε να είμαστε σίγουροι ότι όσο δεν έχει έρθει κάποιο σήμα το νήμα που περιμένει δεν θα συνεχίσει την εκτέλεση του. Δείτε τον τελικό κώδικα παρακάτω
+Υπάρχει η πιθανότητα ένα νήμα να ξυπνήσει ακόμη και δίχως να κληθεί η //notify()// ή η //notifyAll()//. Αν και οι περιπτώσεις αυτές δεν είναι συχνές δεν θα πρέπει να αποκλειστούν. Σε αυτή την περίπτωση αν το νήμα λάβει το **lock** θα ξυπνήσει και θα συνεχίσει την εκτέλεση του δίχως να εξετάσει αν έχει έρθει ένα σήμα ή όχι. Για το λόγο αυτό, καλό θα είναι ο έλεγχος που γίνεται παραπάνω (μέσα στην //if()//) να αντικατασταθεί με ένα while() loop ώστε να είμαστε σίγουροι ότι όσο δεν έχει έρθει κάποιο σήμα το νήμα που περιμένει δεν θα συνεχίσει την εκτέλεση του. Δείτε τον τελικό κώδικα παρακάτω
 <code java MyWaitNotify2.java>
@@ Line 166: / Line 164: @@
 </code>
-<WRAP tip>
+<WRAP info 80% center round>
 Το παραπάνω σχήμα δουλεύει επίσης πολύ καλά εάν πολλαπλά νήματα περιμένουν σε ένα monitor lock.
 Αν τα νήματα αυτά ξυπνούν μέσα από μία κλήση της μεθόδου //notifyAll()//, τότε μέσα από τον παραπάνω κώδικα μόνο ένα από τα νήματα θα λάβει το monitor lock (το πρώτο που ξύπνησε και έλαβε το lock του αντικειμένου myMonitorObject). Τα υπόλοιπα, όταν με την σειρά τους θα λάβουν το lock, θα ελέγξουν την τιμή της μεταβλητής //wasSignalled// και θα πάνε πάλι για ύπνο εφόσον την βρουν ίση με //false//.
 </WRAP>
+Παρατηρήστε ότι η κλάση **MyWaitNotify2** υλοποιεί ένα μία απλή κλειδαριά, όπου μόνο ένα νήμα μπορεί να πάρει την κλειδαριά, ενώ όλα τα υπόλοιπα νήματα περιμένουν. Μόλις ολοκληρώσει την επεξεργασία ελευθερώνει την κλειδαριά και ενημερώνει ένα από τα νήματα που περιμένουν να ξεκινήσει. Η παραπάνω κλάση θα μπορούσε να γραφεί και ως εξής:
+<code java SimpleLock.java>
+public class SimpleLock {
+  MonitorObject myMonitorObject = new MonitorObject();
+  boolean wasSignalled = false;
+  public void lock(){
+    synchronized(myMonitorObject){
+      while(!wasSignalled){
+        try{
+          myMonitorObject.wait();
+         } catch(InterruptedException e){...}
+      }
+      //clear signal and continue running.
+      wasSignalled = false;
+    }
+  }
+  public void unlock(){
+    synchronized(myMonitorObject){
+      wasSignalled = true;
+      myMonitorObject.notify();
+    }
+  }
+}
+</code>

Αντικειμενοστραφής Προγραμματισμός, Εφαρμογές με χρήση της γλώσσας προγραμματισμού JAVA

User Tools

Site Tools

Differences

Page Tools