Что такое многопоточность. Работа с потоками в java

Any application can have multiple processes (instances). Each of this process can be assigned either as a single thread or multiple threads.

We will see in this tutorial how to perform multiple tasks at the same time and also learn more about threads and synchronization between threads.

In this tutorial, we will learn-

What is Single Thread?

A single thread is basically a lightweight and the smallest unit of processing. Java uses threads by using a "Thread Class".

There are two types of thread – user thread and daemon thread (daemon threads are used when we want to clean the application and are used in the background).

When an application first begins, user thread is created. Post that, we can create many user threads and daemon threads.

Single Thread Example:

Package demotest; public class GuruThread { public static void main(String args) { System.out.println("Single Thread"); } }

Advantages of single thread:

• Reduces overhead in the application as single thread execute in the system
• Also, it reduces the maintenance cost of the application.

What is Multithreading?

Multithreading in java is a process of executing two or more threads simultaneously to maximum utilization of CPU.

Multithreaded applications are where two or more threads run concurrently; hence it is also known as Concurrency in Java. This multitasking is done, when multiple processes share common resources like CPU, memory, etc.

Each thread runs parallel to each other. Threads don"t allocate separate memory area; hence it saves memory. Also, context switching between threads takes less time.

Example of Multi thread:

Package demotest; public class GuruThread1 implements Runnable { public static void main(String args) { Thread guruThread1 = new Thread("Guru1"); Thread guruThread2 = new Thread("Guru2"); guruThread1.start(); guruThread2.start(); System.out.println("Thread names are following:"); System.out.println(guruThread1.getName()); System.out.println(guruThread2.getName()); } @Override public void run() { } }

Advantages of multithread:

• The users are not blocked because threads are independent, and we can perform multiple operations at times
• As such the threads are independent, the other threads won"t get affected if one thread meets an exception.

Thread Life Cycle in Java

The Lifecycle of a thread:

There are various stages of life cycle of thread as shown in above diagram:

1. Runnable
2. Running
3. Waiting

1. New: In this phase, the thread is created using class "Thread class".It remains in this state till the program starts the thread. It is also known as born thread.
2. Runnable: In this page, the instance of the thread is invoked with a start method. The thread control is given to scheduler to finish the execution. It depends on the scheduler, whether to run the thread.
3. Running: When the thread starts executing, then the state is changed to "running" state. The scheduler selects one thread from the thread pool, and it starts executing in the application.
4. Waiting: This is the state when a thread has to wait. As there multiple threads are running in the application, there is a need for synchronization between threads. Hence, one thread has to wait, till the other thread gets executed. Therefore, this state is referred as waiting state.
5. Dead: This is the state when the thread is terminated. The thread is in running state and as soon as it completed processing it is in "dead state".

Some of the commonly used methods for threads are:

Example: In this example we are going to create a thread and explore built-in methods available for threads.

Package demotest; public class thread_example1 implements Runnable { @Override public void run() { } public static void main(String args) { Thread guruthread1 = new Thread(); guruthread1.start(); try { guruthread1.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } guruthread1.setPriority(1); int gurupriority = guruthread1.getPriority(); System.out.println(gurupriority); System.out.println("Thread Running"); } }

Explanation of the code:

Code Line 2: We are creating a class "thread_Example1" which is implementing the Runnable interface (it should be implemented by any class whose instances are intended to be executed by the thread.)

Code Line 4: It overrides run method of the runnable interface as it is mandatory to override that method

Code Line 6: Here we have defined the main method in which we will start the execution of the thread.

Code Line 7: Here we are creating a new thread name as "guruthread1" by instantiating a new class of thread.

Code Line 8: we will use "start" method of the thread using "guruthread1" instance. Here the thread will start executing.

Code Line 10: Here we are using the "sleep" method of the thread using "guruthread1" instance. Hence, the thread will sleep for 1000 milliseconds.

Code 9-14: Here we have put sleep method in try catch block as there is checked exception which occurs i.e. Interrupted exception.

Code Line 15: Here we are setting the priority of the thread to 1 from whichever priority it was

Code Line 16: Here we are getting the priority of the thread using getPriority()

Code Line 17: Here we are printing the value fetched from getPriority

Code Line 18: Here we are writing a text that thread is running.

5 is the Thread priority, and Thread Running is the text which is the output of our code.

Java Thread Synchronization

In multithreading, there is the asynchronous behavior of the programs. If one thread is writing some data and another thread which is reading data at the same time, might create inconsistency in the application.

When there is a need to access the shared resources by two or more threads, then synchronization approach is utilized.

Java has provided synchronized methods to implement synchronized behavior.

In this approach, once the thread reaches inside the synchronized block, then no other thread can call that method on the same object. All threads have to wait till that thread finishes the synchronized block and comes out of that.

In this way, the synchronization helps in a multithreaded application. One thread has to wait till other thread finishes its execution only then the other threads are allowed for execution.

It can be written in the following form:

Synchronized(object) { //Block of statements to be synchronized }

Java Multithreading Example

In this example, we will take two threads and fetch the names of the thread.

Example1:

GuruThread1.java package demotest; public class GuruThread1 implements Runnable{ /** * @param args */ public static void main(String args) { Thread guruThread1 = new Thread("Guru1"); Thread guruThread2 = new Thread("Guru2"); guruThread1.start(); guruThread2.start(); System.out.println("Thread names are following:"); System.out.println(guruThread1.getName()); System.out.println(guruThread2.getName()); } @Override public void run() { } }

Explanation of the code:

Code Line 3: We have taken a class "GuruThread1" which implements Runnable (it should be implemented by any class whose instances are intended to be executed by the thread.)

Code Line 8: This is the main method of the class

Code Line 9: Here we are instantiating the Thread class and creating an instance named as "guruThread1" and creating a thread.

Code Line 10: Here we are instantiating the Thread class and creating an instance named a "guruThread2" and creating a thread.

Code Line 11: We are starting the thread i.e. guruThread1.

Code Line 12: We are starting the thread i.e. guruThread2.

Code Line 13: Outputting the text as "Thread names are following:"

Code Line 14: Getting the name of thread 1 using method getName() of the thread class.

Code Line 15: Getting the name of thread 2 using method getName() of the thread class.

When you execute the above code, you get the following output:

Thread names are being outputted here as

• Guru1
• Guru2

Example 2:

In this example, we will learn about overriding methods run() and start() method of a runnable interface and create two threads of that class and run them accordingly.

Also, we are taking two classes,

• One which will implement the runnable interface and
• Another one which will have the main method and execute accordingly.

Explanation of the code:

Code Line 2: Here we are taking a class "GuruThread2" which will have the main method in it.

Code Line 4: Here we are taking a main method of the class.

Code Line 6-7: Here we are creating an instance of class GuruThread3 (which is created in below lines of the code) as "threadguru1" and we are starting the thread.

Code Line 8-9: Here we are creating another instance of class GuruThread3 (which is created in below lines of the code) as "threadguru2" and we are starting the thread.

Code Line 11: Here we are creating a class "GuruThread3" which is implementing the runnable interface (it should be implemented by any class whose instances are intended to be executed by the thread.)

Code Line 13-14: we are taking two class variables from which one is of the type thread class and other of the string class.

Code Line 15-18: we are overriding the GuruThread3 constructor, which takes one argument as string type (which is threads name) that gets assigned to class variable guruname and hence the name of the thread is stored.

Code Line 20: Here we are overriding the run() method of the runnable interface.

Code Line 21: We are outputting the thread name using println statement.

Code Line 22-31: Here we are using a for loop with counter initialized to 0, and it should not be less than 4 (we can take any number hence here loop will run 4 times) and incrementing the counter. We are printing the thread name and also making the thread sleep for 1000 milliseconds within a try-catch block as sleep method raised checked exception.

Code Line 33: Here we are overriding start method of the runnable interface.

Code Line 35: We are outputting the text "Thread started".

Code Line 36-40: Here we are taking an if condition to check whether class variable guruthread has value in it or no. If its null then we are creating an instance using thread class which takes the name as a parameter (value for which was assigned in the constructor). After which the thread is started using start() method.

When you execute the above code you get the following output:

There are two threads hence, we get two times message "Thread started".

We get the names of the thread as we have outputted them.

It goes into for loop where we are printing the counter and thread name and counter starts with 0.

The loop executes three times and in between the thread is slept for 1000 milliseconds.

Hence, first, we get guru1 then guru2 then again guru2 because the thread sleeps here for 1000 milliseconds and then next guru1 and again guru1, thread sleeps for 1000 milliseconds, so we get guru2 and then guru1.

Summary :

In this tutorial, we saw multithreaded applications in Java and how to use single and multi threads.

• In multithreading, users are not blocked as threads are independent and can perform multiple operations at time
• Various stages of life cycle of the thread are,
  • Runnable
  • Running
  • Waiting
• We also learned about synchronization between threads, which help the application to run smoothly.
• Multithreading makes many more application tasks easier.

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 теоретических трудах по многопоточности вы можете встретить описание трех задач, которые по словам авторов, покрывают все возможные задачи многопоточности — задача производитель-потребитель, задача читатели-писатели, задача обедающие философы. Аллегория красивая и по своему достаточно неплохая, но на мой взгляд, для неокрепшего молодого программиста, совершенно ничего не говорящая. Посему опишу проблемы со своей колокольни. Проблем всего две.

Проблема первая — доступ к одному ресурсу из нескольких потоков. Мы уже описывали проблему с одной лопатой. Можете расширить вариант — есть один бак с водой (с одним краником), 25 жаждущих пить рудокопов и 5 кружек на всех. Придется договариваться, иначе смертоубийство может начаться. Причем надо не только сохранить кружки в целостности — надо еще организовать все так, чтобы всем удалось попить. Это частично переходит на проблему номер два.
Проблема вторая — синхронизация взаимодействия. Как-то мне предложили задачу — написать простую программу, чтобы два потока играли в пинг-понг. Один пишет «Пинг», а второй — «Понг». Но они это должны делать по очереди. А теперь представим, что надо сделать такую же задачу, но на 4 потока — играем пара на пару.

Т.е. постановка проблем весьма несложная. Раз — надо организовать упорядоченный и безопасный доступ к разделяемому ресурсу. Два — надо выполнять потоки в какой-то очередности.
Дело за реализацией. И вот тут нас подстерегает много сложностей, про которые с предыханием и говорят (и может не зря). Начнем с разделяемого ресурса.

Совместный ресурс для нескольких потоков

Предлагаю сразу продемонстрировать проблему на несложном примере. Его задача — запустить 200 потоков класса CounterThread . Каждый поток получает ссылку на один единственный объект Counter . В процессе выполнения поток вызывает у этого объекта метод increaseCounter одну тысячу раз. Метод увеличивает переменную counter на 1. Запустив 200 потоков мы ожидаем их окончания (просто засыпаем на 1 секунду — этого вполне достаточно). И в конце печатаем результат. Посмотрите код — по-моему, там все достаточно прозрачно:

<200; i++) { CounterThread ct = new CounterThread(counter); ct.start(); } Thread.sleep(1000); System.out.println("Counter:" + counter.getCounter()); } } class Counter { private long counter = 0L; public void increaseCounter() { counter++; } public long getCounter() { return counter; } } class CounterThread extends Thread { private Counter counter; public CounterThread(Counter counter) { this.counter = counter; } @Override public void run() { for(int i=0; i<1000; i++) { counter.increaseCounter(); } } }

По логике мы должны получить следующий результат — 200 потоков по 1000 прибавлений = 200000. Но, о ужас, это совсем не так. У меня результаты бывают разные, но явно не 200000. В чем же проблема? Проблема в том, что мы из 200 потоков одновременно пытаемся вызвать метод increaseCounter . На первый взгляд в нем ничего страшного не происходит — мы просто прибавляем к переменной counter единицу. Что же тут такого ужасного?
Ужасно то, что безобидный на первый взгляд код прибавления единицы, на самом деле выполняется не за один шаг. Сначала мы считываем значение переменной в регистр, потом прибавляем к нему единицу, потом записываем результат обратно в переменную. Как видите, шагов больше, чем один (по секрету — их даже больше чем три, которые я описал). И вот теперь представим, что два потока (или даже больше) одновременно считали значение переменной — например там было значение 99. Теперь оба потока прибавляют к 99 по единице, получают оба 100 и оба записывают это значение в переменную. Что там получается? Нетрудно видеть, что будет 100. А должно быть 101. Может быть даже хуже, если какой-то поток «умудрился» считать 98 и «застрял» в очереди потоков на исполнение. Мы тогда даже 100 не получим. Неувязочка 🙂

Доступ к разделяемому ресурсу — это одна из самых больших проблем многопоточности. Потому что она весьма коварна. Можно сделать все очень надежно, но тогда производительность упадет. А как только даешь «слабину» (сознательно, для производительности), обязательно возникнет ситуация, что «слабина» вылезет во всей своей красе.

Волшебное слово — synchronized

Что можно сделать для того, чтобы избавиться от ситуации, в которую мы попали с нашими замечательными потоками. Давайте для начала немного порассуждаем. Когда мы приходим в магазин, то для оплаты мы подходим к кассе. Кассир одновременно обслуживает только одного человека. Мы все выстраиваемся к ней в очередь. По сути касса становится эксклюзивным ресурсом, которым может воспользоваться одновременно только один покупатель. В многопоточности предлагается точно такой же способ — вы можете определить некоторый ресурс как экслюзивно предоставляемый одновременно только одному потоку. Такой ресурс называется «монитором». Это самый обычный объект, который поток должен «захватить». Все потоки, которые хотят получить доступ к этому монитору (объекту) выстраиваются в очередь. Причем для этого не надо писать специальный код — достаточно просто попробовать «захватить» монитор. Но как же обозначить это? Давайте разбираться.
Предлагаю запустить наш пример, но с одним дополнительным словом в описании метода increaseCounter — это слово synchronized .

package edu.javacourse.counter; public class CounterTester { public static void main(String args) throws InterruptedException { Counter counter = new Counter(); for(int i=0; i<200; i++) { CounterThread ct = new CounterThread(counter); ct.start(); } Thread.sleep(1000); System.out.println("Counter:" + counter.getCounter()); } } class Counter { private long counter = 0L; public synchronized void increaseCounter() { counter++; } public long getCounter() { return counter; } } class CounterThread extends Thread { private Counter counter; public CounterThread(Counter counter) { this.counter = counter; } @Override public void run() { for(int i=0; i<1000; i++) { counter.increaseCounter(); } } }

И … о чудо. Все заработало. Мы получаем ожидаемый результат — 200000. Что же делает это волшебное слово — synchronized ?
Слово synchronized говорит о том, что прежде чем поток сможет вызвать этот метод у нашего объекта, он должен «захватить» наш объект и потом выполнить нужный метод. Еще раз и внимательно (иногда предлагается несколько иной подход, который на мой взгляд, крайне опасен и ошибочен — чуть позже опишу) — сначала поток «захватывает» (лочит — от слова lock — замок, блокировать) объект-монитор (в нашем случае это объект класса Counter ) и только после этого поток сможет выполнить метод increaseCounter . Эксклюзивно, в полном одиночестве без конкурентов.
Существует иная трактовка synchronized , которая может ввести в заблуждение — она звучит как-то так: в synchronized метод не может зайти несколько потоков одновременно. Это НЕВЕРНО. Потому как тогда получается, что если у класса несколько методов synchronized , то одновременно можно выполнять два разных метода одного объекта, помеченные как synchronized . Это НЕВЕРНО. Если у класса 2, 3 и более методов synchronized , то при выполнении хотя бы одного, блокируется весь объект. Это значит, что все методы, обозначенные как synchronized недоступны для других потоков. Если метод не обзозначен так. то не проблема — выполняйте на здоровье.
И еще раз — сначала «захватили», потом выполнили метод, потом «отпустили». Теперь объект свободен и кто первый успел из потоков его захватить — тот и прав.
В случае если метод объявлен как static , то объектом-монитором становится класс целиком и доступ к нему блокируется на уровне всех объектов этого класса.

При обсуждении статьи мне указали на некорректность, которую я сознательно допустил (для простоты), но наверно есть смысл о ней упомянуть. Речь идет о методе getCounter . Строго говоря, он тоже должен быть обозначен как synchronized , потому что в момент изменения нашей переменной какой-то другой поток захочет ее прочитать. И чтобы не было проблем, доступ к этой переменной надо делать синхронизированным во всех метода.
Хотя что касается getCounter , то здесь можно использовать еще более интересную особенность — атомарность операций. О ней можно прочитать в статье Atomic access . Основная мысль — чтение и запись некоторых элементарных типов и ссылок производится за один шаг и в принципе безопасна. Если бы поле counter было например int , то читать можно было бы и не в синхронном методе. Для типа long и double мы должны объявить переменную counter как volatile . Почему это может быть любопытно — надо учесть, что int состоит из 4 байт и можно представить ситуацию, что число будет записано не за один шаг. Но это исключительно теоретически — JVM нам гарантирует, что чтение и запись элементарного типа int делает за один шаг и ни один поток не сможет вклиниться в эту операцию и что-то испортить.

Есть и другой способ использования слова synchronized — не в описании метода, а внутри кода. Давайте еще раз изменим наш пример в части метода increaseCounter .

package edu.javacourse.counter; public class CounterTester { public static void main(String args) throws InterruptedException { Counter counter = new Counter(); for(int i=0; i<200; i++) { CounterThread ct = new CounterThread(counter); ct.start(); } Thread.sleep(1000); System.out.println("Counter:" + counter.getCounter()); } } class Counter { private long counter = 0L; public void increaseCounter() { synchronized(this) { counter++; } } public long getCounter() { return counter; } } class CounterThread extends Thread { private Counter counter; public CounterThread(Counter counter) { this.counter = counter; } @Override public void run() { for(int i=0; i<1000; i++) { counter.increaseCounter(); } } }

Чтобы ускорить процесс, претендентов на должность можно разделить на две группы и распределить их между двумя HR-менеджерами (если таковые есть в компании). В результате мы получаем ускорение процесса за счёт параллельной (parallel ) работы по оформлению.

Если же кадровик в компании один, то придётся как-то выкручиваться. Например, можно снова- таки разбить всех на две группы, например, собеседовать поочерёдно девушек и юношей.

Или по другому принципу: так как в нижней группе больше народа, будем чередовать на одного юношу двух девушек.

Такой способ организации работы называется многопоточным . Наш утомлённый кадровик переключается на разные группы для оформления из них очередного сотрудника. Групп, может быть, одиннадцать, а кадровиков – четыре. В этом случае многопоточная (multithreading ) обработка будет происходить параллельно несколькими HR-ами, которые могут брать очередного человека из любой группы для обработки его документов.

Процессы

Потоки

Состояния потока

• Создан (New) – очередь к кадровику готовится, люди организуются.
• Запущен (Runnable) – наша очередь выстроилась к кадровику и обрабатывается.
• Заблокирован (Blocked) – последний в очереди юноша пытается выкрикнуть имя, но услышав, что девушка в соседней группе начала делать это раньше него, замолчал.
• Завершён (Terminated) - вся очередь оформилась у кадровика и в ней нет необходимости.
• Ожидает(Waiting) – одна очередь ждёт сигнала от другой.

Вернемся в IT-мир

Процесс

Поток

Первое многопоточное приложение

В этой статье рассказывается, как реализовать потоки, используя язык программирования Java. Перед тем как рассмотреть детали программирования на Java, давайте приступим к обзору о потоках в общем.

Если сказать просто, то поток(thread) – это путь программного выполнения. Большинство программ, написанных сегодня, запускаются одним потоком, проблемы начинают возникать, когда несколько событий или действий должны произойти в одно время. Допустим, например, программа не способна рисовать картинку пока выполняет чтение нажатия клавиш. Программа должна уделять всё своё внимание клавиатуре, вследствие чего отсутствует возможность обрабатывать более одного события одновременно. Идеальным решением для этой проблемы может служить возможность выполнения двух или более разделов программы в одно время. Потоки позволяют нам это сделать.

Многопоточные приложения предоставляют мощь при запуске многих потоков в рамках одной программы. С логической точки зрения, многопоточность означает, что несколько строк из одной и той же программы могут быть выполнены в одно и то же время, однако, это не то же самое, что запустить программу дважды и сказать, что несколько строк кода выполняются в одно время. В этом случае, операционная система обрабатывает две программы раздельно и как отдельные процессы. В Unix, разветвляющий(forking) процесс создаёт дочерний процесс с разным адресным пространством для кода и данных. Вместе с тем, fork() создаёт много накладок для операционной системы, это влечёт за собой интенсивную нагрузку на процессор. При запуске потока, эффективный путь выполнения создаётся за счёт распределения исходного пространство данных родителя. Идея совместного использования данных очень выгодна, но вызывает некоторые вопросы, которые мы обсудим позже.

Создание потоков

Создатели Java милостиво предоставили две возможности создания потоков: реализовать(implementing) интерфейс и расширить(extending) класс. Расширение класса это путь наследования методов и переменных класса родителя. В этом случае можно наследоваться только от одного родительского класса. Это ограничение внутри Java можно побороть реализацией интерфейса, который является наиболее распространённым способом создания потоков. (Заметим, что способ наследования позволяет только запустить класс как поток. Это позволяет классу только выполнить start() и т.п.).

Интерфейсы дают возможность программистам заложить фундамент одного класса. Они используются для разработки требований к набору классов для реализации. Интерфейс устанавливает правила. Разные наборы классов, которые реализуют интерфейс, должны следовать этим правилам.

Есть некоторые отличия между классом и интерфейсом. Во-первых, интерфейс может только содержать абстрактные методы и/или static final переменные (константы). Классы, с другой стороны, могут реализовывать методы и содержать переменные, которые не выступают в качестве констант. Во-вторых, интерфейс не может реализовывать никаких методов. Класс, который реализовывает интерфейс, должен реализовать все методы, которые описаны в интерфейсе. У интерфейса есть возможность расширяться за счёт других интерфейсов, и (в отличие от классов) могут расширяться от нескольких интерфейсов. К тому же, экземпляр интерфейса не может быть создан, используя, оператор new; например, Runnable a = new Runnable(); не разрешается .

Для первого способа создания потока необходимо просто наследоваться от класса Thread. Делайте так, только если классу нужно только выполниться как отдельному потоку и никогда не понадобиться наследоваться от другого класса. Класс Thread определён в пакете java.lang, который необходимо импортировать, что бы наши классы знали о его описании:

Пример выше создаёт новый класс Counter, который расширяет класс Thread и подменяет метод Thread.run() для своей реализации. В методе run() происходит вся работа класса Counter как потока. Такой же класс можно создать, реализуя интерфейс Runnable:

Здесь осуществляется абстрактный метод run(), который описан в интерфейсе Runnable. Отметим, что у нас есть экземпляр класса Thread, переменная класса Counter. Единственное отличие этих двух методов заключается в том, что реализация Runnable является более гибкой для создания класса Counter. В примере, который описан выше, есть возможность расширения класса Counter, если в этом есть такая необходимость. Большинство классов, которые должны выполняться как потоки, реализуют Runnable, поскольку они, вероятно, могут расширить свою функциональность за счёт другого класса.

Не подумайте, что интерфейс Runnable выполняет какую-то реальную работу, когда поток запускается. Это всего лишь класс, созданный для того, что бы дать представление о классе Thread. На самом деле, это очень небольшой, содержащий только один абстрактный метод интерфейс. Это описание интерфейса Runnable, взятое из исходных кодов Java:

Это и всё, что есть в интерфейсе Runnable. Интерфейс – это всего лишь описание, которое классы должны реализовать. Итак, Runnable, заставляет только запустить метод run(). Вследствие этого, большая часть работы полагается на класс Thread. Более пристальный взгляд на класс Thread даст представление о том, что на самом деле происходит:

Во фрагменте кода, который представлен выше видно, что класс Thread, так же реализует интерфейс Runnable. Thread.run() выполняет проверку, что бы удостовериться в том, что этот класс (класс, который выполняется как поток) не равен null, и только потом выполняет метод run(). Когда это произойдёт, то метод run() запустит поток.

Запуск и остановка

Различные способы создания объектов потока сейчас очевидны, мы продолжим дискуссию о реализации потоков, начиная с путей запуска и остановки их, используя, маленький applet, который содержит поток для иллюстрации этих механизмов:

Апплет выше, начнёт отсчёт с нуля и будет отображать это и на экране, и в консоль. На первый взгляд может сложиться впечатление, что программа начинает отсчёт и показывает каждую цифру, но это не так. При более внимательном рассмотрении этого апплета будет выявлено, как на самом деле работает этот апплет.

В этом случае, класс CounterThread был вынужден реализовать интерфейс Runnnable, что бы дальше была возможность расширить класс Applet. Все апплеты начинают свою работу с метода init(), переменная Cout инициализируется нулём и создаётся новый объект класса Thread. Передавая this в конструктор класса Thread, таким образом, новый поток будет знать какой объект запускается. В этом случает this это ссылка на CounterThread. После того как поток создан его нужно запустить. Вызываем метод start(), который в свою очередь вызывает метод run() объекта CounterThread, то есть CounterThread.run(). Сразу выполниться метод start() и в это же время начнёт свою работу поток. Заметим, что в методе run() бесконечный цикл. Он бесконечен, потому что, как только выполниться метод run(), то поток закончит работу. Метод run() будет инкрементировать переменную Count, ожидать(sleep) 10 секунд и посылать запрос на обновление экрана апплета.

Заметим, что вызова метода sleep именно в потоке является очень важным. Если это не так, то программа займёт всё процессорное время для своего процесса и не даст возможности любым другим методам, например методам, выполниться. Другой способ остановить выполнение потока это вызвать метод stop(). В данном примере, поток останавливается, когда происходит нажатие мыши в пределах апплета. В зависимости от скорости компьютера, на котором запущен апплет, не все числа будут отображены, потому что инкрементирование происходит независимо от прорисовки апплета. Апплет может не обновляться после каждого запроса на прорисовку, так как ОС может поставить запрос в очередь запросов и последующие запросы на обновление будут удовлетворены с одним запросом. Пока запросы на перерисовку собираются в очередь, переменная Count продолжает увеличиваться, но не отображается.

Приостановка и возобновление

Когда поток остановлен с использованием метода stop() он уже не может быть возобновлён с использованием метода start(), сразу после вызова метода stop() происходит уничтожение выполняющегося потока. Вместо этого вы можете приостановить выполнение потока, используя метод sleep() на определённый отрезок времени и потом выполнение потока продолжится, когда выйдет время. Но это не самое лучшее решение, если поток необходимо запустить, когда произойдёт определённое условие. Для этого, используется метод suspend(), который даёт возможность временно прекратить выполнение потока и метод resume(), который позволяет продолжить выполнение потока. Следующий апплет является изменением апплета, который был дан выше, но с использованием методов suspend() и resume():

Для того чтобы сохранить текущее состояние апплета используется логическая(boolean) переменная suspended. Характеристики разных состояний апплета является важной частью, потому что некоторые методы могут выкидывать исключения, если они вызываются не из того состояния. Например, если поток запущен и остановлен, вызов метода start() приведёт к исключению IllegalThreadStateException .

Планирование

В Java есть Планировщик Потоков(Thread Scheduler), который контролирует все запущенные потоки во всех программах и решает, какие потоки должны быть запущены, и какая строка кода выполняться. Существует две характеристики потока, по которым планировщик идентифицирует процесс. Первая, более важная, это приоритет потока, другая, является-ли поток демоном(daemon flag). Простейшее правило планировщика, это если запущены только daemon потоки, то Java Virtual Machine (JVM) вызгрузиться. Новые потоки наследуют приоритет и daemon flag от потока, который его создал. Планировщик определяет какой поток должен быть запущен, анализируя приоритет всех потоков. Потоку с наивысшим приоритетом позволяется выполниться раньше, нежели потокам с более низкими приоритетами.

Планировщик может быть двух видов: с преимуществом и без. Планировщик с преимуществом предоставляет определённый отрезок времени для всех потоков, которые запущены в системе. Планировщик решает, какой поток следующий запуститься или возобновить работу через некоторый постоянный период времени. Когда поток запуститься, через этот определённый промежуток времени, то выполняющийся поток будет приостановлен и следующий поток возобновит свою работу. Планировщик без приоритета решает, какой поток должен запуститься и выполняться до того, пока не закончит свою работу. Поток имеет полный контроль над системой настолько долго, сколько ему захочется. Метод yield() можно использовать для того чтобы принудить планировщик выполнить другой поток, который ожидает своей очереди. В зависимости от системы, на которой запущена Java, планировщик может быть либо с преимуществом, либо без него.

Приоритеты

Планировщик определяет, какой поток должен запуститься, основываясь на номер приоритета, назначенный каждому потоку. Приоритет потока может принимать значения от 1 до 10. По умолчанию, значение приоритета для потока является Thread.NORM_PRIORITY, которому соответствует значение 5. Так же доступны две других static переменных: Thread.MIN_PRIORITY, значение 1, и Thread.MAX_PRIORITY – 10. Метод getPriority() может использоваться для получения текущего значения приоритета соответствующего потока.

Daemon потоки

Такие потоки иногда ещё называются “службами”, которые обычно запускаются с наименьшим приоритетом и обеспечивают основные услуги для программы или программ, когда деятельность компьютера понижается. Примером такого потока может служить сборщик мусора. Этот поток, предусмотрен JVM, сканирует программы на наличие переменных, к которым больше никогда не придется обращаться, и освобождает их ресурсы, возвращая их системе. Поток может стать daemon потоком, передав булево значение true в метод setDaemon(). Если принято значение false, то поток становится обычным пользовательским потоком. Тем не менее, это необходимо сделать до того как поток запустится.

Пример планирования

Представленный апплет демонстрирует выполнение двух потоков с разными приоритетами. Один поток запущен с наименьшим приоритетом, а другой с наивысшим. Потоки увеличивают значение счетчика, пока счетчик потока с большим приоритетом не догонит счетчик потока с меньшим приоритетом.

Заключение

Использование потоков в Java позволит программистам более гибко использовать преимущества Java в их программах. Простота создания, настраивания и запуска потоков даст Java программистам возможность разрабатывать переносимые и мощные апплеты/приложения, которые невозможно выполнить в других языках третьего поколения. Потоки позволяют любым программам выполнять несколько задач как одну. В интернет ориентированных(Internet-aware) языках, таких как Java, это очень важный инструмент.

Об авторе

Donald G. Drake программирует на Java начиная с альфа релиза(alpha release). Drake написал апплеты для специальных веб-сайтов. Наиболее популярна его версия TickerTape (http://www.netobjective.com/java/TickerTapeInfo.html), которая может быть широко сконфигурирована для внедрения в любые веб-страницы. Drake имеет степень бакалавра наук в области компьютерных наук в John Carroll University. В настоящее время он получает степень магистра наук в DePaul University.