Java: руководство для начинающих (ЛП)

Несмотря на то что создание синхронизированных методов в классах — простой и эффективный способ управления потоками, такой способ оказывается пригодным далеко не всегда. Иногда возникает потребность синхронизировать доступ к методам, в объявлении которых отсутствует ключевое слово synchronized. Подобная ситуация часто возникает при использовании классов, которые были созданы независимыми разработчиками и исходный код которых недоступен. В таком случае ввести в объявление нужного метода ключевое слово synchronized вряд ли удастся. Как же тогда синхронизировать объект класса, содержащего этот метод? К счастью, данное затруднение разрешается очень просто. Достаточно ввести вызов метода в синхронизированный кодовый блок типа synchronized.

Синхронизированный блок определяется следующим образом:synchronized{ссылка_на_объект) { // синхронизируемые операторы}

где ссылканаобъект обозначает ссылку на конкретный объект, который должен быть синхронизирован. Как только содержимое синхронизированного блока получит управление, ни один другой поток не сможет вызвать метод для объекта, на который делается ссылканаобъект9 до тех пор, пока этот кодовый блок не завершится.

Следовательно, обращение к методу sumArray () можно синхронизировать, вызвав его из синхронизированного блока. Такой способ демонстрируется в приведенной ниже переделанной версии предыдущей программы.// Применение синхронизированного блока// для управления доступом к методу sumArray().class SumArray { private int sum; // Здесь метод sumArray () не синхронизирован. int sumArray(int nums[]) { sum =0; // обнулить сумму for(int i=0; icnums.length; i++) { sum += nums[i]; System.out.println("Running total for " + Thread.currentThread().getName() + " is " + sum); try { Thread.sleep(10); // разрешить переключение задач } catch(InterruptedException exc) { System.out.println("Main thread interrupted."); } } return sum; }}class MyThread implements Runnable { Thread thrd; static SumArray sa = new SumArray(); int a[]; int answer; // построить новый поток MyThread(String name, int nums[]) { thrd = new Thread(this, name); a = nums; thrd.start(); // начать поток } // начать исполнение нового потока public void run() { int sum; System.out.println(thrd.getName() + " starting."); // Здесь вызовы метода sumArray () для объекта sa синхронизированы. synchronized(sa) { answer = sa.sumArray(a); } System.out.println("Sum for " + thrd.getName() + " is " + answer); System.out.println(thrd.getName() + " terminating."); }}class Sync { public static void main(String args[]) { int a [] = {1, 2, 3, 4, 5}; MyThread mtl = new MyThread("Child #1", a); MyThread mt2 = new MyThread("Child #2", a); try { mtl.thrd.join(); mt2.thrd.join(); } catch (InterruptedException exc) { System.out.println("Main thread interrupted."); } }}

Выполнение этой версии программы дает такой же правильный результат, как и предыдущей ее версии, в которой использовался синхронизированный метод.Организация взаимодействия потоков с помощью методов notify (), wait () и notifyAll ()

Рассмотрим для примера следующую ситуацию. В потоке Т выполняется синхронизированный метод, которому необходим доступ к ресурсу R. Этот ресурс временно недоступен. Что должен предпринять поток т? Если он будет ожидать в цикле освобождения ресурса R, объект будет по-прежнему заблокирован и другие потоки не смогут обратиться к нему. Такое решение малопригодно, поскольку оно сводит на нет все преимущества программирования в многопоточной среде. Намного лучше, если поток Т временно разблокирует объект и позволит другим потокам воспользоваться его методами. Когда ресурс R станет доступным, поток т получит об этом уведомление и возобновит свое исполнение. Но для того чтобы такое решение можно было реализовать, необходимы средства взаимодействия потоков, с помощью которых один поток мог бы уведомить другой поток о том, что он приостановил свое исполнение, а также получить уведомление о том, что его исполнение может быть возобновлено. Для организации подобного взаимодействия потоков в Java предусмотрены методы wait (), notify () и notifyAll ().

Эти методы реализованы в классе Object, поэтому они доступны для любого объекта. Но обратиться к ним можно только из синхронизированного контекста. А применяются они следующим образом. Когда поток временно приостанавливает свое исполнение, он вызывает метод wait (). При этом поток переходит в состояние ожидания и монитор данного объекта освобождается, позволяя другим потокам использовать объект. Впоследствии ожидающий поток возобновит свое выполнение, когда другой поток войдет в тот же самый монитор и вызовет метод notify () или notifyAll ().

В классе Object определены различные формы объявления метода wait (), как показано ниже.final void wait() throws InterruptedExceptionfinal void wait(long миллисекунд) throws InterruptedExceptionfinal void wait(long миллисекунд, int наносекунд) throws InterruptedException

В первой своей форме метод wait () переводит поток в режим ожидания до поступления уведомления. Во второй форме метода организуется ожидание уведомления или до тех пор, пока не истечет указанный период времени. А третья форма позволяет точнее задавать период времени в наносекундах.

Ниже приведены общие формы объявления методов notify () и notifyAll ().final void notifyOfinal void notifyAll()

При вызове метода notify () возобновляется исполнение одного ожидающего потока. А метод notifyAll () уведомляет все потоки об освобождении объекта, и тот поток, который имеет наивысший приоритет, получает доступ к объекту.

Прежде чем рассматривать конкретный пример, демонстрирующий применение метода wait (), необходимо сделать важное замечание. Несмотря на то что метод wait () должен переводить поток в состояние ожидания до тех пор, пока не будет вызван метод notify () или notifyAll (), иногда поток выводится из состояния ожидания вследствие так называемой ложной активизации. Условия для ложной активизации сложны, возникают редко, а их обсуждение выходит за рамки этой книги. Но в компании Oracle рекомендуют учитывать вероятность проявления ложной активизации и помещать вызов метода wait () в цикл. В этом цикле должно проверяться условие, по которому поток переводится в состояние ожидания. Именно такой подход и применяется в рассматриваемом ниже примере.Пример применения методов wait() и notify()

Для того чтобы стала понятнее потребность в применении методов wait () и notify () в многопоточном программировании, рассмотрим пример программы, имитирующей работу часов и выводящей на экран слова "Tick" (Тик) и "Тоск" (Так). Для этой цели создадим класс TickTock, который будет содержать два метода: tick () и tock (). Метод tick () выводит слово "Tick", а метод tock () — слово "Тоск". При запуске программы, имитирующей часы, создаются два потока: в одном из них вызывается метод tick (), а в другом — метод tock (). В результате взаимодействия двух потоков на экран будет выводиться набор повторяющихся сообщений "Tick Tock", т.е. после слова "Tick", обозначающего один такт, должно следовать слово "Тоск", обозначающее другой такт часов.// Применение методов wait() и notifyO для имитации часов,class TickTock { String state; // содержит сведения о состоянии часов synchronized void tick(boolean running) { if (!running) { // остановить часы state = "ticked"; notifyO; // уведомить ожидающие потоки return; } System.out.print("Tick "); state = "ticked"; // установить текущее состояние после такта "тик" notify(); // Метод tick() уведомляет метод tock() // о возможности продолжить выполнение. try { while(!state.equals("tocked") ) wait();// Метод tick() ожидает завершения метода tock(). } catch(InterruptedException exc) { System.out.println("Thread interrupted."); } } synchronized void tock(boolean running) { if(!running) { // остановить часы state = "tocked"; notifyO; // уведомить ожидающие потоки return; } System.out.println("Tock"); state = "tocked"; // установить текущее состояние после такта "так" notifyO; // Метод tock() уведомляет метод tick() // возможности продолжить выполнение. try { while(!state.equals("ticked") ) wait(); // Метод tock() ожидает завершения метода tick(). } catch(InterruptedException exc) { System.out.println("Thread interrupted."); } }}class MyThread implements Runnable { Thread thrd; TickTock ttOb; // построить новый поток MyThread.(String name, TickTock tt) { thrd = new Thread(this, name); ttOb = tt; thrd.start(); // начать поток } // начать исполнение нового потока public void run() { if(thrd.getName().compareTo("Tick") == 0) { for(int i=0; i<5; i++) ttOb.tick(true); ttOb.tick(false); } else { for(int i=0; i<5; i++) ttOb.tock(true); ttOb.tock(false); } }}class ThreadCom { public static void main(String args[]) { TickTock tt = new TickTock(); MyThread mtl = new MyThread("Tick", tt); MyThread mt2 = new MyThread("Tock", tt); try { mtl.thrd.join(); mt2.thrd.join(); } catch(InterruptedException exc) { System.out.println("Main thread interrupted."); } }}