Основы программирования на Java - С. Сухов

С:> java FinallyDemo

inside procA procA's finally

inside procB procB's finally

10. МНОГОПОТОЧНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Параллельное программирование, связанное с использованием легковесных процессов, или подпроцессов (multithreading, light-weight processes) — концептуальная парадигма, в которой вы разделяете свою программу на два или несколько процессов, которые могут исполняться одновременно.

В системах без параллельных подпроцессов используется подход, называемый циклом обработки событий. В этой модели единственный подпроцесс выполняет бесконечный цикл, проверяя и обрабатывая возникающие события. Синхронизация между различными частями программы происходит в единственном цикле обработки событий. Такие среды называют синхронными управляемыми событиями системами. Если вы можете разделить свою задачу на независимо выполняющиеся подпроцессы и можете автоматически переключаться с одного подпроцесса, который ждет наступления события, на другой, которому есть чем заняться, за тот же промежуток времени вы выполните больше работы. Вероятность того, что больше чем одному из подпроцессов одновременно надолго потребуется процессор, мала.

Java использует подпроцессы для того, чтобы сделать среду программирования асинхронной. После того, как подпроцесс запущен, его выполнение можно временно приостановить (suspend). Если подпроцесс остановлен (stop), возобновить его выполнение невозможно. У подпроцессов имеются приоритеты. Приоритеты подпроцессов — это просто целые числа в диапазоне от 1 до 10 и имеет смысл только соотношения приоритетов различных подпроцессов. Приоритеты же используются для того, чтобы решить, когда нужно остановить один подпроцесс и начать выполнение другого. Это называется переключением контекста. Правила просты. Подпроцесс может добровольно отдать управление — с помощью явного системного вызова или при блокировании на операциях ввода-вывода, либо он может быть приостановлен принудительно. В первом случае проверяются все остальные подпроцессы, и управление передается тому из них, который готов к выполнению и имеет самый высокий приоритет. Во втором случае низкоприоритетный подпроцесс независимо от того, чем он занят, приостанавливается принудительно для того, чтобы начал выполняться подпроцесс с более высоким приоритетом. Поскольку подпроцессы вносят в ваши программы асинхронное поведение, должен существовать способ их синхронизации. Для этой цели в Java реализовано развитие старой модели синхронизации процессов с помощью монитора. Если вы разделили свою программу на логические части - подпроцессы, вам нужно определить, как эти части будут общаться друг с другом. Java предоставляет для этого удобное средство — два подпроцесса могут «общаться» друг с другом, используя методы wait и notify. Работать с параллельными подпроцессами в Java несложно. Язык предоставляет явный, тонко настраиваемый механизм управления созданием подпроцессов, переключения контекстов, приоритетов, синхронизации и обмена сообщениями между подпроцессами.

Класс Thread инкапсулирует все средства, которые могут вам потребоваться при работе с подпроцессами. При запуске Java-программы в ней уже есть один выполняющийся подпроцесс. Вы всегда можете выяснить, какой именно подпроцесс выполняется в данный момент, с помощью вызова статического метода Thread.currentThread(). После того, как вы получите ссылку подпроцесса, вы можете выполнять над этим подпроцессом различные операции даже в том случае, когда параллельные подпроцессы отсутствуют. В очередном нашем примере показано, как можно управлять выполняющимся в данный момент подпроцессом.

class CurrentThreadDemo {

public static void main(String args[]) {

Thread t = Thread.currentThread();

t.setName("Moй подпроцесс");

System.out. println("текущий подпроцесс: " +1);

try {

for (int n = 5; n > 0; n--) {

System.out.println(" " + n);

Thread.sleep(1000);

}

}

catch (InterruptedException e) {

System.out.println("interrupted");

}

}

В этом примере текущий подпроцесс хранится в локальной переменной t. Затем мы используем эту переменную для вызова метода setName, который изменяет внутреннее имя подпроцесса на «My Thread» с тем, чтобы вывод программы был удобочитаемым. На следующем шаге мы входим в цикл, в котором ведется обратный отсчет от 5, причем на каждой итерации с помощью вызова метода Thread.sleep() делается пауза длительностью в 1 секунду. Аргументом для этого метода является значение временного интервала в миллисекундах. Обратите внимание — цикл заключен в try/catch блок. Дело в том, что метод Thread.sleep() может возбуждать исключение InterruptedException. Это исключение возбуждается в том случае, если какому-либо другому подпроцессу понадобится прервать данный подпроцесс. В данном примере мы в такой ситуации просто выводим сообщение о перехвате исключения. Ниже приведен вывод этой программы:

С:> java CurrentThreadDemo

текущий подпроцесс: Thread[Moй подпроцесс,5,main]

5

4

3

2

1

Обратите внимание на то, что в текстовом представлении объекта Thread содержится заданное нами имя легковесного процесса — Мой подпроцесс. Число 5 — это приоритет подпроцесса, оно соответствует приоритету по умолчанию, «main» — имя группы подпроцессов, к которой принадлежит данный подпроцесс.

Как можно создать еще один подпроцесс? Для этого нам понадобится другой экземпляр класса Thread. При создании нового объекта Thread ему нужно указать, какой программный код он должен выполнять. Вы можете запустить подпроцесс с помощью любого объекта, реализующего интерфейс Runnable. Для того чтобы реализовать этот интерфейс, класс должен предоставить определение метода run. Ниже приведен пример, в котором создается новый подпроцесс.

class ThreadDemo implements Runnable {

ThreadDemo() {

Thread ct = Thread.currentThread();

System.out.println("currentThread: " + ct);

Thread t = new Thread(this, "Demo Thread");

System.out.println("Thread created: " +1);

t.start();

try {

Thread.sleep(3000);

}

catch (InterruptedException e) {

System.out.println("прерывание");

}

System.out.println("Выход из main подпроцесса");

}

public void run() {

try {

for (int i = 5; i > 0; i--) {

System.out.println("" + i);

Thread.sleep(l000);

}

}

catch (InterruptedException e) {

System.out.println("child прерван");

}

System.out.println("Выход из child подпроцесса ");

}

public static void main(String args[]) {

new ThreadDemo();

}

}

Обратите внимание на то, что цикл внутри метода run выглядит точно так же, как и в предыдущем примере, только на этот раз он выполняется в другом подпроцессе. Подпроцесс main с помощью оператора new Thread(this, "Demo Thread") создает новый объект класса Thread, причем первый параметр конструктора — this — указывает, что мы хотим вызвать метод run текущего объекта. Затем мы вызываем метод start, который запускает подпроцесс, выполняющий метод run. После этого основной подпроцесс (main) переводится в состояние ожидания на три секунды, затем выводит сообщение и завершает работу. Второй подпроцесс — «Demo Thread» — при этом по-прежнему выполняет итерации в цикле метода run до тех пор, пока значение счетчика цикла не уменьшится до нуля. Ниже показано, как выглядит результат работы этой программы после того, как она отработает 5 секунд.

С:> java ThreadDemo

Thread created: Thread[Demo Thread,5,main]

5

4

3

Выход из main подпроцесса

2

1

Выход из child подпроцесса

Если вы хотите добиться от Java предсказуемого, независимого от платформы поведения, вам следует проектировать свои подпроцессы таким образом, чтобы они по своей воле освобождали процессор. Ниже приведен пример с двумя подпроцессами с различными приоритетами, которые не ведут себя одинаково на различных платформах. Приоритет одного из подпроцессов с помощью вызова setPriority устанавливается на два уровня выше Thread. NORM_PRIORITY, то есть умалчиваемого приоритета. У другого подпроцесса приоритет, наоборот, на два уровня ниже. Оба этих подпроцесса запускаются и работают в течение 10 секунд. Каждый из них выполняет цикл, в котором увеличивается значение переменной-счетчика. Через десять секунд после их запуска основной подпроцесс останавливает их работу, присваивая условию завершения цикла while значение «true», и выводит значения счетчиков, показывающих, сколько итераций цикла успел выполнить каждый из подпроцессов.

class Clicker implements Runnable {

int click = 0;

private Thread t;

private boolean running = true;

public clicker(int p) {

t = new Thread(this);

t.setPriority(p);

}