PDF de programación - Programación concurrente - Hebras

20151021

dit

UPM

Programación concurrente —
Hebras

Juan Antonio de la Puente <[email protected]>


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

Referencias

• Scott 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)

• Mordechai Ben-Ari

Principles of Concurrent and Distributed
Programming

Addison-Wesley; 2nd ed (2006)


Programación concurrente — Hebras

© 2014 Juan A. de la Puente

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Programas concurrentes

Programas secuenciales y concurrentes
• Los programa que hemos visto hasta ahora son
programas secuenciales

‣ ejecutan una operación detrás de otra (en secuencia)

- aunque el orden puede variar (alternativas, bucles, etc).

‣ sólo hacen una cosa a la vez

- sólo hay un flujo de ejecución

• A veces necesitamos que un programa haga varias
cosas al mismo tiempo

‣ varias tareas o actividades que progresan en paralelo

- en Java se llaman threads o hebras

• Estos programas se llaman programas concurrentes

‣ tienen varios flujos de ejecución

- cada uno de ellos ejecuta una secuencia de operaciones

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Ejecución concurrente y hebras

programa
secuencial

programa
concurrente

hebra

hebra

hebra

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

...

...

...

...

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¿Cómo funciona?
• En un sistema con varios procesadores se puede
ejecutar cada tarea en un procesador

‣ ejecución simultánea (paralelismo físico)


T1

T2

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

operación

• En un monoprocesador se intercalan las
operaciones de las tareas

‣ multiplexado en tiempo (paralelismo lógico)


T1, T2

operación

operación

operación

operación

operación

• La máquina virtual (o el sistema operativo) se
encarga de los detalles

• Desde un punto de vista lógico son equivalentes

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t

t

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Aplicaciones

• Interfaces de usuario reactivas

‣ atención a sucesos asíncronos

‣ gestión de ventanas, widgets, etc.

• Servidores

‣ atención a múltiples clientes

‣ gestión de protocolos de comunicación

• Mejoras de prestaciones

‣ ejecución en multiprocesadores

• Cálculos complejos

‣ ejecución de algoritmos en paralelo

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Ejemplo
• Programa con dos
actividades:

‣ escribir la hora cada 1 s

‣ emitir un sonido cuando se
pulsa la tecla intro

• Sería muy complicado
hacerlo con un programa
secuencial

‣ la tecla se puede pulsar en
cualquier momento

- es un suceso asíncrono

- difícil de mezclar con la escritura

de la hora


• Mejor con dos hebras

programa

hora

sonido

espera 1 s

espera tecla

escribe hora

emite
sonido

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Ejemplo (continuación)

/* hora */
while(true) {
sleep(1000);
System.out.println(

new Date().toString());
}

/* linea */
while(true) {
nextLine();
beep();
}

• Veremos el programa completo más adelante

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Hebras (threads) en Java

Threads en Java

• En Java las actividades concurrentes se llaman
threads (hebras, hilos)

• Se crean extendiendo la clase Thread

class Tarea extends Thread {
@Override
public void run() {…} // código concurrente
}
Tarea t = new Tarea();
‣ Es obligatorio redefinir el método run()


- contiene el código que se ejecuta concurrentemente con otras hebras

ADSW – Concurrencia

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Arrancar una hebra

• Hay que arrancar la ejecución de cada hebra para
que empiece a ejecutarse

‣ método start()

• Ejemplo


Tarea t = new Tarea(); // se crea la hebra t
...
t.start(); // se empieza a ejecutar
‣ ahora se ejecutan a la vez el método t.run() y el método
main()


ADSW – Concurrencia

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Hebras en un programa

• ¿Cuántas hebras hay en un programa?

‣ una hebra inicial que ejecuta el método main()

‣ todas las que se arranquen en el programa con start()

‣ la máquina virtual y la interfaz gráfica pueden crear 

hebras adicionales

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Terminación de hebras y programas

• Una hebra termina cuando termina el método run()

‣ o cuando se fuerza su terminación mediante una interrupción

- lo veremos más tarde


• Un programa termina cuando terminan todas sus
hebras

‣ cuando termina main() y todas las demás hebras que hayan
arrancado en el programa


• El programa también termina si

‣ se hace exit() desde alguna hebra

‣ se lanza una excepción que se propaga fuera de run() o
main()

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Estados de las hebras

preempt

nueva

start

t.start();

lista

dispatch

en

ejecución

Thread t = new Tarea();

resume

end run

suspend

bloqueada

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Ejemplo: Hora

import java.util.*;
public class Hora extends Thread {

@Override
public void run() { /* código concurrente */
try {
while (true) {
sleep(1000); /* esperar 1000 ms */
System.out.println(new Date().toString());
}
} catch (InterruptedException e) {
return; /* terminar esta hebra */
}
}
}

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Ejemplo: Sonido

import java.awt.Toolkit;
import java.util.Scanner;
public class Sonido extends Thread {

@Override
public void run() { /* código concurrente */



}

Scanner sc = new Scanner(System.in);
while(true) {


}

sc.nextLine();
Toolkit.getDefaultToolkit().beep();



}

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Ejemplo: Reloj

public class Reloj {



}

Hora hora = new Hora () ;
Sonido sonido = new Sonido();
hora.start();
sonido.start();

public static void main(String[] args) {



}
}

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Ejercicio
• Creación y activación de hebras

‣ Importar el proyecto Threads del repositorio 

https://github.com/ALED-UPM/Tema3

‣ Ejecutar el programa Reloj

‣ Añadir una hebra que escriba “Hola” en el terminal cada 5 s,
y volver a ejecutar el programa con esta modificación

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Otras formas de crear
hebras

La clase java.lang.Thread

public class Thread implements Runnable {
/* constructores */
public Thread();
public Thread(Runnable target);
/* código concurrente */
void run();
/* arrancar la ejecución */
void start();
/* suspender la ejecución durante un tiempo */
static native void sleep(long millis)
throws InterruptedException;
/* esperar que termine la hebra */
void join() throws InterruptedException;
/* interrumpir la ejecución de la hebra */
public void interrupt() throws SecurityException;
...
}

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La interfaz Runnable
• Java sólo admite herencia simple

‣ si se hereda de Thread no se puede heredar de otra clase

• java.lang.Runnable es una interfaz que incluye el
método run

‣ permite crear hebras sin heredar de Thread

public interface Runnable {
public void run ();
}

class Actividad implements Runnable {
public void run() {…}
}
Thread t = new Thread(new Actividad());

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Ejemplo: Hora2



import java.util.*;
public class Hora2 implements Runnable {

public void run() {
try {
while (true) {
Thread.sleep(1000);
System.out.println(new Date().toString());
}
} catch (InterruptedException e) {
return;
}
}
}

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Ejemplo: Reloj2

public class Reloj2 {
public static void main(String[] args) {
Runnable escribeHora = new Hora2();
/* no es un thread */
Thread hora = new Thread(escribeHora);
hora.start();
/* ahora sí */
...
}
}

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Objetos Runnable internos

public class Reloj3 {

public static void main(String[] args) {
Runnable escribeHora = new Runnable () {
public void run() {...}
};
new Thread(escribeHora).start();
...
}
}

• El método run queda oculto
‣ no se puede invocar desde fuera

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Método run interno con Thread

public class Reloj4 {

public static void main(String[] args) {
Thread hora = new Thread () {
public void run() {
...
}
};
hora.start();
...
}
}

• Otra forma de declarar el método run para que

quede oculto

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Más compacto todavía

public class Reloj5 {

public static void main(String[] args) {
new Thread () {
public void run() {
...
}
}.start();
...
}
}

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Interrupciones

Método interrupt
• Método de la clase Thread

• Uso habitual: despertar asíncronamente a una hebra
bloqueada

• Si la hebra está bloqueada en un wait, join o sleep,
se eleva la excepción InterruptedException

‣ Incluir la sentencia de bloqueo un bloque try/catch

‣ Indicar que el