Synkronisering I. Kapittel 6. Tråd A. ferdig. t.varsle() u.vente() Tråd B. ferdig. tid

Transkript

1 Kapittel 6 Synkronisering I Tråd A t.varsle() u.vente() ferdig Tråd B t.vente() u.varsle() ferdig tid Figur 6-1: Tråder som venter og varsler langs en tidsakse. Heltrukket linje betyr aktiv, og stiplet linje betyr passiv (ventende) Tråd A t.varsle() (ingen venter) u.vente() ferdig Tråd B t.vente() u.varsle() ferdig Figur 6-2: I dette tilfellet vil tråd A vente på en betingelse (u) som allerede er oppfylt. Den vanligste tolkningen av denne situasjonen er at tråden fortsetter å være aktiv. tid 121

2 public class Betingelse { private boolean oppfylt = false; public void varsle() {oppfylt = true; public void vente() { while(!oppfylt) { try { Thread.sleep(10); catch (InterruptedException e) { oppfylt = false; Listing 6-1: Klassen Betingelse har enkle vente()- og varsle()-metoder 122 Kapittel 6

3 public class Synk1 extends Thread { Betingelse t,u; int a,b; public Synk1() { t = new Betingelse(); u = new Betingelse(); a = 2; setdaemon(true); // For at JVM skal kunne // avslutte start(); // Starter "tjeneren" while (a<100) { a++; t.varsle(); u.vente(); System.out.println("a=" + a + ", b=" + b); public void run() { // Dette er en liten tjener, som venter // på betingelsen t, deretter gjør en // enkel beregning, og oppfyller så // betingelsen u while (true) { t.vente(); b = a*a; u.varsle(); public static void main(string[] args) {new Synk1(); Listing 6-2: Et Java-program som benytter Betingelse-klassen Synkronisering I 123

4 if(ledigebilletter>0) { ledigebilletter--; skrivutbillett() Listing 6-3: Kodesetninger for å reservere en billett Tråd 1: Tråd 2: if(ledigebilletter>0) { ledigebilletter--; skrivutbillett() Kontekst Svitsj > if(ledigebilletter>0) { ledigebilletter--; skrivutbillett(); ledigebilletter Figur 6-3: To tråder reserverer billetter, riktig resultat. Ttråd 2 konstaterer at det ikke er flere ledige billetter Tråd 1: if(ledigebilletter>0) { Kontekst Svitsj > ledigebilletter--; skrivutbillett() Tråd 2: if(ledigebilletter>0) { ledigebilletter--; skrivutbillett(); < Kontekst Svitsj ledigebilletter Figur 6-4: To tråder reserverer billetter, feil resultat 124 Kapittel 6

5 regionledig.vente(); if(ledigebilletter>0) { ledigebilletter--; skrivutbillett() regionledig.varsle(); Listing 6-4: Modifiert billettbestilling med vente/varsle-operasjoner Tråd A rl.vente() rl.varsle() (ingen venter) (ingen venter) ferdig Tråd B rl.vente() rl.varsle() rl.vente() rl.varsle() ferdig tid Figur 6-5: Bruk av vente/varsle rundt kritiske regioner. Den kritiske regionen er vist med tykk strek. Betingelsen region ledig er representert med objektet rl. public class Betingelse { private int varsleteller=0, venteteller=1; public void varsle() {varsleteller++; public void vente() { int minteller=venteteller; venteteller++; while(minteller>varsleteller) { try { Thread.sleep(10); catch (InterruptedException e) { Listing 6-5: Betingelse-klasse som ordner køen av ventende tråder Synkronisering I 125

6 Klient u.vente() t.varsle() ferdig Tjener t.vente() u.varsle() t.vente() tid Figur 6-6: Klient/tjener-synkronisering. Aktiv tråd er merket med tykk linje. Merk de overlappende områdene (tykk strek både hos klient og tjener) public Synk1() { t = new Betingelse(); u = new Betingelse(); a = 2; setdaemon(true); // For at JVM //skal kunne avslutte start(); // Starter "tjeneren" t.varsle(); while (a<100) { u.vente(); int a1=a; int b1=b; a++; t.varsle(); // Skriver ut mens tjeneren beregner ny verdi System.out.println("a="+a1+", b="+b1); Listing 6-6: Overlappende utføring hos klient og tjener 126 Kapittel 6

7 public Synk3() { // Objektene t1,t2,t3,u1,u2,u3 er // av klassen Betingelse // Dette er bare fragmenter av kode, // ikke et kjørbart program t1.varsle(); // Start tjeneren som venter på t1 t2.varsle(); // Start tjeneren som venter på t2 t3.varsle(); // Start tjeneren som venter på t3... // Gjør noe i mellomtiden u1.vente(); // Fortsett når tjeneren // u1 er ferdig u2.vente(); // Fortsett når u2 er ferdig u3.vente(); // Fortsett når u3 er ferdig... // Alle tjenerne er ferdige, fortsett Listing 6-7: Asynkrone operasjoner mot flere tjenere. Med uttrykket u1 sikter vi til den tjenertråden som varsler fullført arbeid ved å oppfylle betingelsen u1. fremst bakerst 0 n-1 Figur 6-7: Kø-organisering av et minneområde. Bakerst er den plassen som det skal skrives til neste gang (første ledig). Fremst er den plassen det skal leses fra neste gang. Bakerst flyttes med klokken ved en skriveoperasjon, i liket med Fremst ved en leseoperasjon. Skraverte plasser viser at de inneholder data. Synkronisering I 127

8 public class FIFO { private int fremst,bakerst,elem,kapasitet; public FIFO(int kap) { lager = new Object[kap]; kapasitet = kap; fremst=0; bakerst=0; elem=0; public void leggtil(object obj) { // Skriv til køen if (elem < kapasitet) { lager[bakerst] = obj; bakerst = (bakerst+1) % kapasitet; elem++; public Object taut() { // Les fra køen Object obj=null; if (elem > 0) { obj = lager[fremst]; fremst = (fremst+1) % kapasitet; elem--; return obj; Listing 6-8: Java-klasse som skaper en FIFO-lagringsstruktur (kø) 128 Kapittel 6

9 public class Betingelse { private int oppfylt = 0; public Betingelse(int initverdi) { oppfylt=initverdi; public void varsle() {oppfylt++; public void vente() { while(oppfylt==0) { try { Thread.sleep(10); catch (InterruptedException e) { oppfylt--; Listing 6-9: Variant av klassen Betingelse som teller flere varsler Synkronisering I 129

10 public class FIFO { private int fremst,bakerst,kapasitet; private Betingelse dataelementer,ledigplass; private Object[] lager; public FIFO(int kap) { lager = new Object[kap]; kapasitet = kap; dataelementer = new Betingelse(0); // ledigplass er forhåndsoppfylt kap ganger ledigplass = new Betingelse(kap); fremst=0; bakerst=0; public void leggtil(object obj) { ledigplass.vente(); lager[bakerst] = obj; bakerst = (bakerst+1) % kapasitet; dataelementer.varsle(); public Object taut() { Object obj; dataelementer.vente(); obj = lager[fremst]; fremst = (fremst+1) % kapasitet; ledigplass.varsle(); return obj; Listing 6-10: Modifisert FIFO-klasse som synkroniserer konsument og produsent over tilstanden i køen (kø full/kø tom). 130 Kapittel 6

11 // Testprogram for synkronisert FIFO public class Synk4 implements Runnable { FIFO q; public Synk4() { q = new FIFO(10); Thread t = new Thread(this); t.setdaemon(true); t.start(); while (true) { // Kallet taut() leser (synkronisert) // fra køen float f = ((Float)q.taUt()).floatValue(); System.out.println("Verdi fra kø er: "+f); public void run() { while (true) { Float f = new Float(Math.random()*1000); // leggtil() skriver (synkronisert) // til køen q.leggtil(f); try { Thread.sleep(1000); catch (InterruptedException e) { public static void main(string[] args) { new Synk4(); Listing 6-11: Testprogram for FIFO-klassen. Resultatet er tilfeldige tall som skrives ut én gang i sekundet Synkronisering I 131

12 Tjener Klient Klokke- tikk kø Konsoll (System.out.println...) Figur 6-8: Figurativ fremstilling av programlisting 6-11 Prosess (c) (b) (a) Tråder Prosesser Operativsystem Operativsystem Operativsystem Synkroni- seringsbehov Figur 6-9: Synkroniseringsbehov i operativsystemet. (a) viser synkronisering mellom tråder i samme prosess (vist i dette kapitlet). (b) viser synkronisering mellom tråder i forskjellige prosesser (besørges av operativsystemet). (c) viser synkronisering mellom tråder i ulike maskiner (behandles i kapitlet Distribusjon ). 132 Kapittel 6

13 Synkronisering I 133

14 134 Kapittel 6

15 Synkronisering I 135

16 136 Kapittel 6

17 Synkronisering I 137

18 138 Kapittel 6

19 Synkronisering I 139

20 140 Kapittel 6

21 Synkronisering I 141

22 142 Kapittel 6