PDF de programación - Programación concurrente - Sincronización condicional

20151028

dit

UPM

Programación concurrente —(cid:1)
Sincronización condicional

Juan Antonio de la Puente

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hBp://crea9vecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.es

Referencias

•ScoB Oaks & Henry Wong

Java Threads

O'Reilly Media; 3rd ed (2004)
•Kathy Sierra & Bert Bates

Head First Java, ch. 15

O'Reilly Media; 2nd ed (2005)

Programación concurrente — Sincronización condicional

© 2014 Juan A. de la Puente

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Sincronización condicional

Sincronización condicional

• A veces una hebra 9ene que esperar hasta que se cumpla
una determinada condición
‣ suspende su ejecución hasta que esto ocurra
• Otra hebra hace que se cumpla la condición
‣ avisa al que estaba esperando
‣ éste puede reanudar su ejecución
• Este 9po de sincronización se llama sincronización
condicional
‣ sincronización: el avance de una hebra depende de lo que haga otra
hebra

Programación concurrente — Sincronización condicional

© 2014 Juan A. de la Puente

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Ejemplo: ges9ón de un estacionamiento

• Las hebras de las clase Sensor avisan cuando entra o sale

un coche

«thread»
Sensor

- acceso, id

«thread»
Supervisor

«monitor»
Parking

- n : natural
+ entra
+ sale
+ ocupado: natural

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Sincronización

• No deben entrar coches si el estacionamiento está lleno
‣ no se puede entrar si n >= capacidad
‣ si un sensor llama a entra cuando n >= capacidad, debe suspender
su ejecución hasta que haya si9o
- está implícito que en ese caso no se abre la barrera hasta que se

pueda con9nuar

Programación concurrente — Exclusión mutua

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Ejemplo: productor y consumidor

• Una hebra produce elementos de un cierto 9po
• Otra los consume
• Cada una avanza con un ritmo diferente
• Se usa un almacenamiento intermedio (buffer)
‣ el productor los va poniendo en el buffer según los produce
‣ el consumidor los saca del buffer cuando los necesita

«thread»
Productor

«thread»
Consumidor

«monitor»

Buffer

+ envia
+ recibe

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Sincronización

• No se pueden extraer datos si el buffer está vacío
‣ si cuando el consumidor invoca recibe no hay datos en el buffer, 

debe suspender su ejecución hasta que los haya
‣ es el productor el que los pone
• No se pueden añadir datos si el buffer está lleno
‣ si cuando el productor invoca envía el buffer está lleno,

debe suspender su ejecución hasta que haya si9o
‣ es el consumidor el que hace si9o al extraer datos

Programación concurrente — Sincronización condicional

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Esperar y avisar

Espera condicional

• El método wait() suspende la ejecución de la hebra
que lo invoca

• Se usa para esperar una condición

while (!condición)
wait();

‣ ¡siempre en un bucle!
• Sólo se puede invocar dentro de un método sincronizado
‣ o de un bloque sincronizado
• Se libera el cerrojo del objeto atómicamente
‣ al mismo 9empo que se hace wait()
• Puede lanzar una excepción InterruptedExcep;on
‣ usar manejador o propagar

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Aviso de condición

• El método notify() reanuda la ejecución de una
hebra que esté suspendida por haber hecho wait()
• Se usa para avisar de que se cumple una condición

// cambiar el estado de alguna condición
notify();

• Una hebra avisa a otra
• Sólo se puede invocar dentro de un método sincronizado
‣ o de un bloque sincronizado
• No se libera el cerrojo del objeto hasta que termina el
método o sentencia sincronizada
‣ la hebra que se reanuda intenta adquirir el cerrojo para con9nuar
‣ puede tener que compe9r con otras hebras

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Aviso general

• El método notifyAll() reanuda la ejecución de
todas las hebras que esté suspendidas por haber hecho
wait() en el mismo objeto
• El cerrojo del objeto se libera cuando termina el método
o sentencia sincronizada
‣ todas las hebras que se reanudan compiten para adquirir el cerrojo
y poder con9nuar

• Con notify() no se sabe qué hebra se reanuda entre
las que estaban suspendidas
• Con notifyAll() se reanudan todas y comprueban
otra vez la condición

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Colas de espera y de entrada

adquirir el cerrojo

cerrojo

wait

cola de entrada

cola de espera

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no9fy vs no9fyAll

• Siempre que varias hebras puedan estar esperando

condiciones dis9ntas hay que usar notifyAll

• Sólo conviene hacer notify si
‣ todas las hebras esperan la misma condición
‣ sólo una hebra puede avanzar cuando se cumple la condición
• En caso de duda, usar notifyAll

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Ejemplo: estacionamiento

Monitor con condiciones

public class Parking {



private final int capacidad; // número de coches que caben
private int n = 0; // número de coches que hay

this.capacidad = capacidad;

while (n >= capacidad) wait();
n++;

// constructor
public Parking (int capacidad) {

}
// entra un coche por una de las puertas
public synchronized void entra (String puerta) {


}
// sale un coche por una de las puertas
public synchronized void sale (String puerta) {


}
// consulta
public synchronized int ocupado() {

}

n—;
notifyAll();

return n;



















}

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Productor y consumidor

Ejemplo: buffer

public class Buffer<E> {




private E almacen;
private boolean lleno = false;

public synchronized void enviar(E dato)


throws InterruptedException {






while (lleno) wait(); // espera que haya sitio
almacen = dato;
lleno = true;
notifyAll(); // avisa de que hay un valor
}

public synchronized E recibir()


throws InterruptedException {








}

E dato = null;
while (!lleno) wait(); // espera que haya un valor
dato = almacen;
lleno = false;
notifyAll(); // avisa de que hay sitio
return dato;







}


Programación concurrente — Sincronización condicional

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Ejemplo: productor

public class Productor<E> implements Runnable {

private Buffer<E> b;

public Productor(Buffer<E> b) {

}

this.b = b;

public void run() {

while (true) {





}
}

E x = …; // producir x
b.enviar(x);













}

// la sincronización está oculta en el buffer

Programación concurrente — Sincronización condicional

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Ejemplo: consumidor

public class Consumidor<E> implements Runnable {

private Buffer<E> b;

public Consumidor(Buffer<E> b) {

}

this.b = b;

public void run() {

while (true) {





}
}

E x = b.recibir();
… // consumir x













}

// la sincronización está oculta en el buffer

Programación concurrente — Sincronización condicional

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Resumen

Resumen

• La sincronización condicional se realiza en Java con los
métodos wait() y no9fy() / no9fyAll()
‣ sólo se pueden usar en métodos/bloques sincronizados
‣ wait() suspende la hebra desde donde se invoca
‣ no9fy() reanuda una hebra suspendida
‣ no9fyAll() reanuda todas las hebras suspendidas

• Hay que hacer wait() siempre en un bucle while
‣ para comprobar otra vez la condición de espera cuando despierta


while (!condición) wait();

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