programaÇÃo orientada a objetos aula 11 - lncc.brrogerio/poo/11 - threads e concorrencia.pdf ·...
TRANSCRIPT
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Aula 11 - Threads e Concorrência
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Conteúdo Programático desta aula
• Apresentar os Conceitos de Threads,
Concorrência e Sincronização.
• Verificar a aplicabilidade destes conceitos
no mercado, bem como sua importância.
• Desenvolver pequenos programas para
testar os conceitos apresentados.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Processos
O processamento de hoje ainda é feito na maioria das vezes por um único
processador da máquina. Só que na maioria dos sistemas, vários processos são
executados no mesmo intervalo de tempo, dando a impressão de
simultaneidade de execução. Esta capacidade é chamada de
multiprocessamento, e muito estudada em sistemas operacionais.
Um processo é basicamente um programa em execução. Eles são
independentes dos outros.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Processos – mais de um núcleo
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Threads
São subprocessos no Sistema Operacional. O thread pode ser vista como uma
parte de um processo, que permite compartilhar a sua área de dados com o
programa ou outros threads. Seu início de execução é muito mais rápido do
que um processo, e o acesso a sua área de dados funciona como um único
programa.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
As vantagens do uso das Threads
•Torna-se menos custoso em termos de processamento
criar um thread que um processo;
•São necessárias poucas variáveis para criação de um
thread;
•Podem compartilhar o mesmo espaço de processo;
•Podem compartilhar os mesmos recursos de seus
processos.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Os estados de uma Thread
A execução de uma thread pode passar por quatro estados: novo, executável,
bloqueado e encerrado.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Thread em Java
Cada Thread está associada com uma instância da classe Thread.
A máquina virtual Java permite que uma aplicação tenha diversos fluxos
sequencias de execução rodando concorrentemente (SUN, 2009a). Para se
utilizar esta funcionalidade, a API Java disponibiliza a classe Thread e a
interface Runnable.
A Interface Runnable: define um único método – run – que deve conter o
código de execução da thread.
A Classe Thread: Implementa o Runnable, logo seu método run nada faz.
Uma aplicação pode herdar de thread fornecendo a sua própria
implementação do método run.
Observe que em ambos os exemplos o método Thread.start é
chamado para iniciar a thread.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Qual devo UsarSegundo a Sun, “a linguagem de programação Java não permite herança
múltipla”, no entanto há uma alternativa para o uso de mais de uma
superclasse, que é a utilização de interfaces. Com base neste conceito,
desde a API 6.2 existe a interface Runnable, que possui um funcionamento
bem semelhante ao da classe Thread, ao exigir a implementação do método
run().
É mais comum utilizar a Interface Runnable, pois este objeto pode herdar
comportamentos de outra classe, que não a Thread. O segundo exemplo
pode ser usado em aplicações mais simples, pois é limitada pelo fato de que
a classe precisa ser herdada de Thread.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Prioridades nas ThreadsA prioridade de um thread corresponde a preferência que ela terá perante
as demais durante sua execução. Quanto maior a prioridade de um thread,
maior será sua preferência no uso da CPU. Threads de mesma prioridade
costumam partilhar o tempo de CPU igualmente.
A prioridade é extremamente ligada ao algoritmo de escalonamento de CPU
que o sistema operacional utiliza. Para definir a prioridade de um thread,
são usados números de 1 a 10, sendo que o número 5 é usado para definir a
prioridade como normal. Quanto maior o valor da prioridade, maior é a sua
prioridade. Entretanto, nem todos os sistemas operacionais possuem as
mesmas prioridades de um thread Java. Portanto, para garantir que um
thread com prioridade 10 tenha prioridade alta tanto em um sistema
operacional cuja prioridade máxima seja 10 quanto em outro que seja 100,
a JVM traduz a prioridade especificada no código para a do sistema
operacional, logo uma prioridade 10 em Java pode ser traduzida para uma
prioridade 100, por exemplo.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Prioridades nas ThreadsPara definirmos a prioridade da thread, usamos os métodos:
•void setPriority(int prioridade) – Define a prioridade de execução de
uma thread. Os valores de prioridade estão entre 1 e 10;
•int getPriority() – verifica a prioridade de execução de uma thread;
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
SincronizaçãoDurante a execução de threads, há casos em que elas trabalham
independentemente uma da outra, sem necessidade de qualquer
comunicação entre elas. Por outro lado, há casos em que elas comunicam-
se de alguma forma ou utilizam dados em comum. Este comportamento
gera a necessidade de denominar os threads em assíncronas e síncronas,
dependendo da forma de trabalho desempenhada. Threads que trabalham
independentes no tempo, são assíncronas enquanto aquelas que trocam
informações em tempo de execução são síncronas.
As threads se diferem dos processos por poderem ter áreas de dados
comuns. Isto pode facilitar em muito a implementação de programas.
Porém, pode causar alguns erros quando a mesma base de dados é alterada
por mais de um thread, em momentos inesperados.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Sincronização•O uso de memória compartilhada entre os threads obriga o
programador a sincronizar as ações de suas threads.
•Para isso, Java provê monitores ou locks. Imagine um lock como uma
permissão para que apenas um thread possa utilizar um recurso por vez.
•Cada objeto em Java possui um lock e ele deve ser obtido através do
comando synchronized.
Os métodos wait(), notify() e notifyAll() também são muito importantes na
sincronização, sendo responsáveis por provocar, respectivamente: uma
espera, a liberação de uma ou mais threads em espera
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Exemplo
Vamos criar um programa para criar threads e coloca-las para
dormir com um tempo aleatório entre 0 e 5 segundos. Vamos
monitorar seu funcionamento, quer dizer, ao criarmos os
threads, informaremos quanto tempo cada uma irá dormir. Ao
acordar, cada uma deve sinalizar que acordou e terminar.
Observe que as quatro threads foram criadas na ordem, com
tempos de sono diferentes. A saída da execução de cada thread
já tira da ordem normal, visto que foi dada pelo escalonador.
Mas, como o tempo dormindo é bem diferente, a thread 3, que
dormiu 493 milisegundos acorda primeiro, seguindo da 1, 2 e
finalmente 4. Observe também que o tempo total de execução
do programa foi de 3 segundos.
THREADS E CONCORRÊNCIA – AULA 8
PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
FIM