Threads

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Linguagem de Programação III
Ana Patrícia F. Magalhães Mascarenhas
anapatriciamagalhaes@gmail.com
2014.2
Threads e sincronização
Agenda
Threads
Sincronização
Exercícios
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Motivação
Muitas vezes precisamos que o computador realize várias atividades em “paralelo”
Imagine o servidor da receita federal durante a entrega do imposto de renda. Ele provavelmente terá que receber várias prestações “ao mesmo tempo”
Imagine um programa gerando um relatório bem grande em pdf e querendo mostrar para o usuário uma barrinha de progresso com a evolução da geração do relatório...
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Multiprogramação
É possível que a CPU trabalhe com vários programas em um curto espaço de tempo dando ao usuário a idéia de paralelismo.
Para isso temos o conceito de processo:
	“Processo: Programa em execução”
Usa um espaço único de endereçamento para seus recursos (códigos, dados, processos filhos)
E contém um fluxo de execução (thread)
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Thread
Fluxo único de controle seqüencial dentro de um programa 
Contém informações a respeito da execução do programa 
Ex. pilha de execução
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Threads em Java (1)
O java disponibiliza a classe Thread do pacote java.lang para trabalharmos com threads
Ex. programa PFD e a barra de progresso
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public class geraPDF extends Thread{
 public void run(){
 //logica do programa que gera o pdf
 }
}
Public class BarraDeProgresso extends Thread{
 public void run(){
 // programa para rodar a barra de progresso e atualiza-la
 }
}
Threads em Java (2)
No método main da nossa aplicação criamos os objetos e mandamos executar
O método start inicia a execução da thread
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public class MeuPrograma{
 public static void main(String[] args){
 GeraPDF threadDoPdf = new GeraPDF();
 threadDoPdf.start();
 BarraDeProgresso threadDaBarra = new BarraDeProgresso();
 threadDaBarra.start();
}
}
Escalonamento
Quando rodamos vários processos “ao mesmo tempo” o computador usa um escalonador para controlar como esses processos serão executados um pouco de cada vez.
O escalonador executa parte de uma thread depois salva o estado da thread e passa para outra thread
Esse controle é feito pelo escalonador
Para nós a ordem em que as coisas são executadas não tem importância.
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Exemplo para implementar
public class Programa extends Thread{
 private int id;
 
 public Programa(int id){
 this.id=id;
 }
 @Override
 public void run(){
 try{
 for (int i=0;i<10000;i++){
 System.out.println("Programa "+id+ " valor "+i);
 }
 catch(Exception e){}
 }
}
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public class Main {
 public static void main(String[] args) {
 // TODO code application logic here
 Programa p1 = new Programa(1);
 p1.start();
 
 Programa p2 = new Programa(2);
 p2.start();
 }
 }
Qual a saída do programa?
Teste e verifique
Cada vez que você rodar vai ter uma saída diferente!
Threads dormindo
Uma thread pode dormir por alguns segundos
 Não disputa o processador durante o tempo em que está dormindo
Thread.sleep (3*1000);
10
n
10
Exemplo para implementar
public class Programa extends Thread{
 private int id;
 
 public Programa(int id){
 this.id=id;
 }
 @Override
 public void run(){
 try{
 for (int i=0;i<10000;i++){
 System.out.println("Programa "+id+ " valor "+i);
 sleep(1000);
 }
 catch(Exception e){}
 }
}
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public class Main {
 public static void main(String[] args) {
 // TODO code application logic here
 Programa p1 = new Programa(1);
 p1.start();
 
 Programa p2 = new Programa(2);
 p2.start();
 }
 }
Agora teste novamente
Qual a saída?
Ciclo de vida de uma thread – Estados da thread
Nova (born)
A thread acaba de ser criada com new e ainda não está em execução
Pronta (Ready- passível de execução)
A thread esta pronta para entrar em execução, o SO vai escalonar
Em execução (Running)
O SO entrega o processador a Thread e ela começa a executar
Morta (dead)
Thread marcada para ser removida pelo sistema
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Ciclo de vida de uma thread – outros estados da thread
Bloqueada
Entra a partir do estado “em execução”
Não pode usar o processador mesmo se disponível
Ex. se estiver esperando uma operação de I/O
Dormindo
Entra quando o método sleep é chamado
Não pode usar o processador
Quando termina o estado sleep vai para o estado pronto (ready).
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Ciclo de vida de uma thread – outros estados da thread
Espera
Entra quando wait é chamado em um objeto que a thread está acessando
Uma thread em espera torna-se pronta quando o objeto chama notify
notifyAll – todas as threads em espera se tornam prontas
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Prioridade
É possível definir prioridades para as threads “ajudando” o SO a escalonar as threads
MIN_PRIORITY (constante 1)
MAX_PRIORITY (constante 10)
NORM_PRIORITY (constante 5) – default
Porém não é possível garantir a ordem de execução (depende muito da plataforma)
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Voltando ao exemplo, vamos definir prioridades
public class Programa extends Thread{
 private int id;
 
 public Programa(int id){
 this.id=id;
 }
 @Override
 public void run(){
 try{
 for (int i=0;i<10000;i++){
 System.out.println("Programa "+id+ " valor "+i);
 }
 catch(Exception e){}
 }
}
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public class Main {
 public static void main(String[] args) {
 // TODO code application logic here
 Programa p1 = new Programa(1);
 p1.setPriority(1); 
 p1.start();
 
 Programa p2 = new Programa(2);
 p2.setPriority(10); 
 p2.start();
 }
 }
Thread
Muitas vezes é preciso que o “pseudo paralelismo” aconteça também dentro de um mesmo programa
Ex. o sistema de recebimento do imposto de renda no servidor da receita federal deve receber diversas entregas de IR “ao mesmo tempo”
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Multithread
Multithread
Multiplas threads num mesmo processo
As threads se alternam na CPU dando a idéia de paralelismo
Compartilham recursos comuns que precisam estar sincronizados
Assim, uma thread pode acessar dados de outra
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Multithread e Região crítica
Um aplicativo possui uma área de memória compartilhada por todas as threads chamada de Região crítica.
Uma aplicação confiável deve garantir que apenas uma thread utiliza a região crítica de cada vez (sincronização).
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Mulithread e região crítica em Java
Precisamos sincronizar a parte do sistema que contém a região crítica
Java usa o conceito de monitor para fazer a sincronização
Um objeto com método Syncronized é o monitor
Dentro do método Syncronized apenas uma thread pode executar por vez
Se tiver vários métodos syncronized apenas um pode estar ativo
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public syncronized int meuMetodo(int x)
Exemplo usando sincronização
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// classe para imprimir um contador de 1 a 10000)
public class Print {
 
 public void imprimir(){
 try{
 for (int i=0;i<10000;i++){
 System.out.println("contador: "+i);
 // sleep(1000);
 }
 }
 catch(Exception e){
 System.out.println("Thread interrompida");
 }
 }
}
// thread sincronizada
public class Programa extends Thread{
 private int id;
 private Print pt;
 
 public Programa(Print pt, int id){
 this.pt=pt;
 this.id=id;
 }
 @Override
 public void run(){
 synchronized(pt){
 pt.imprimir();
 }
 System.out.println("***** Thread "+id+" ******");
 }
}
Exemplo usando sincronização (2)
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// Programa principal
public class Main {
 public static void main(String[] args) {
 Print pt = new Print();
 Programa p1 = new Programa(pt,1);
 // p1.setPriority(1);
 p1.start();
 
 Programa p2 = new Programa(pt,2);
 //p2.setPriority(10);
 p2.start();
 }
 }
Vamos executar...
Exercício
Construa um programa cliente e um programa servidor TCP usando thread.
O programa cliente deve receber como entrada do usuário dois números e enviar para o servidor
O programa servidor deve receber estes dois números, contar quantos pares existem entre esses dois números e enviar a resposta para o cliente.
Considerar a possibilidade de receber diversos clientes ao “mesmo tempo”
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Programação com thread
Alguns sites sobre o assunto
http://javafree.uol.com.br/artigo/868871/Entendendo-Threads-e-Sincronizacao.html
http://www.caelum.com.br/apostila-java-orientacao-objetos/programacao-concorrente-e-threads/
http://www.dimap.ufrn.br/~flavia.delicato/MultithreadingemJavaSem2_2007_aula1.pdf
http://www.tutorialspoint.com/java/java_thread_synchronization.htm
Servidores e threads
http://tutorials.jenkov.com/java-multithreaded-servers/singlethreaded-server.html
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