Aula prática de Concorrência

1. Aula prática de Concorrência Equipe de Monitoria: Bruno Pereira - bpe Davi Pires - dpr Guilherme Barros – gbs2 Thiago Cavalcanti - trc

2. Roteiro • Motivação • Concorrência em Java • Como podemos criar threads em Java • Formas de sincronização entre threads • Conclusão • Exercícios

3. Motivação Concorrência: Executa tarefas de controle de forma concorrente, onde diferentes partes do software estão rodando em paralelo. O paralelismo pode ser real (quando existem vários processadores) ou simulado (por sistemas operacionais tempo real nos quais as tarefas são escalonadas para compartilhar o processador)

4. Concorrência em JAVA • Garbage collection • Interface Gráfica • Objetivo • Mostrar como criar e controlar threads em uma aplicação Java

5. Como podemos criar threads • Iremos mostrar como criar threads simples que imprimem mensagens em um buffer das duas formas. O primeiro exemplo consiste de duas classes que são descritas a seguir: • ThreadHeranca: Classe que representa uma thread criada a partir da herança da classe java.lang.Thread • Principal: Contem o método main que cria o buffer e as threads que irão acrescentar caracteres ao buffer

6. ThreadHeranca public class ThreadHeranca extends java.lang.Thread{ private StringBuffer buf; private String texto; public ThreadHeranca(StringBuffer buf, String texto){ this.buf = buf; this.texto = texto; } public void run(){ for(int i=0; i < 10; i++){ buf.append(texto); try { sleep((long)(Math.random() * 100)); } catch (InterruptedException ie) { } } } }

7. Principal public class Principal{ public static void main(String []args){ StringBuffer buf = new StringBuffer(); ThreadHeranca her1 = new ThreadHeranca(buf, "thread 1\n"); ThreadHeranca her2 = new ThreadHeranca(buf, "thread 2\n"); ThreadHeranca her3 = new ThreadHeranca(buf, "thread 3\n"); her1.start(); her2.start(); her3.start(); for(int i=0; i < Integer.MAX_VALUE/10; i++); System.out.println(buf.toString()); } }

8. Como podemos criar threads • Bem falta agora mostrar a segunda forma de se criar uma thread em Java: através da interface java.lang.Runnable. Para isso basta fazermos pouquíssimas modificações no exemplo anterior. A classe ThreadInterface substitui a classe ThreadHeranca.

9. ThreadInterface public class ThreadInterface implements Runnable{ private StringBuffer buf; private String texto; public ThreadInterface(StringBuffer buf, String texto){ this.buf = buf; this.texto = texto; } public void run(){ for(int i=0; i < 20; i++) { buf.append(texto); for(int j=0; j < Integer.MAX_VALUE/600; j++); } } }

10. Principal2 public class Principal2{ public static void main(String []args){ StringBuffer buf = new StringBuffer(); Thread inter1 = new Thread(new ThreadInterface(buf, "thread 1\n")); Thread inter2 = new Thread(new ThreadInterface(buf, "thread 2\n")); Thread inter3 = new Thread(new Threadinterface(buf, "thread 3\n")); inter1.start(); inter2.start(); inter3.start(); for(int i=0; i < Integer.MAX_VALUE/10; i++); System.out.println(buf.toString()); } }

11. Sincronização • Semáforos • Monitor (synchronized) • Formas de sincronização • Competição – tentam utilizar o mesmo recurso compartilhado • Cooperação – a comunicação entre as threads é necessária

12. Sincronização por competição • Iremos mostrar agora como sincronizar várias threads que competem por um recurso compartilhado. A idéia é parecida com o exemplo anterior aonde várias threads adicionam um String num buffer compartilhado. Ao invés de usarmos um objeto StringBuffer como buffer, vamos criar o nosso próprio buffer através da classe Buffer.java que está descrita abaixo

13. Buffer.java public class Buffer{ private StringBuffer buf; public Buffer(){ buf = new StringBuffer(); } public synchronized void add(String novo){ for(int i=0; i < novo.length(); i++) buf.append(novo.charAt(i)); } public synchronized void print(){ System.out.println(buf); }

14. ThreadHeranca2.java public class ThreadHeranca2 extends Thread{ private Buffer buf; private String texto; public ThreadHeranca2(Buffer buf, String texto){ this.buf = buf; this.texto = texto; } public void run(){ for(int i=0; i < 4000; i++) buf.add(texto); } }

15. Principal3.java public class Principal3{ public static void main(String []args){ Buffer buf = new Buffer(); ThreadHeranca2 her1 = new ThreadHeranca2(buf, "thread 1\n"); ThreadHeranca2 her2 = new ThreadHeranca2(buf, "thread 2\n"); ThreadHeranca2 her3 = new ThreadHeranca2(buf, "thread 3\n"); ThreadHeranca2 her4 = new ThreadHeranca2(buf, "thread 4\n"); ThreadHeranca2 her5 = new ThreadHeranca2(buf, "thread 5\n"); ThreadHeranca2 her6 = new ThreadHeranca2(buf, "thread 6\n"); ...

16. Principal3.java her1.start(); her2.start(); her3.start(); her4.start(); her5.start(); her6.start(); for(int i=0; i < Integer.MAX_VALUE/10; i++); buf.print(); } }

17. Um teste simples • Retirem a palavra-chave synchronized do método add da classe Buffer • E executem! • E ai? Alguma esquisitice?  • Use sabiamente essa palavra!

18. Sincronização por cooperação • Imagine que a thread principal da aplicação (aquela que contém o método main) vai imprimir o conteúdo de um buffer, contudo ela apenas deve imprimir quando o buffer estiver cheio. Outras threads ficarão concorrentemente adicionando caracteres ao buffer até preenchê-lo. Primeiro vamos ver a classe Buffer2 que implementa o buffer que vamos utilizar

19. Buffer2.java public class Buffer2{ private char[] buf; private int tam; private final int MAX = 100; public Buffer2(){ buf = new char[MAX]; tam = 0; }

20. Buffer2.java public synchronized void inserir(char c){ if(tam==MAX) notify(); else buf[tam++] = c; } public synchronized String esvaziar(){ if(tam < MAX) try{ wait(); }catch(InterruptedException ie){ } tam = 0; return new String(buf); } }

21. ThreadHeranca3.java

22. ThreadHeranca3.java public class ThreadHeranca3 extends Thread{ private Buffer2 buf; private char c; public ThreadHeranca3(Buffer2 buf, char c){ this.buf = buf; this.c = c; } public void run(){ for(int i=0; i < 1000; i++){ buf.inserir(c); try { sleep((long)5); } catch (InterruptedException ie) { } } }

23. Principal4.java public class Principal4{ public static void main(String []args){ Buffer2 buf = new Buffer2(); ThreadHeranca3 her1 = new ThreadHeranca3(buf,'1'); ThreadHeranca3 her2 = new ThreadHeranca3(buf,'2'); ThreadHeranca3 her3 = new ThreadHeranca3(buf,'3'); her1.start(); her2.start(); her3.start(); String result; for(int i=0; i < 10; i++){ result = buf.esvaziar(); System.out.println("\n\nImpressao # " + (i+1) + ":\n Buffer = " + result + " -> Tamanho: " + result.length()); } } }

24. Ultimas considerações • wait() • notify() • E as 2 pilhas de JAVA

25. Ciclo de vida de uma thread Nascimento start Tempo paraadormecer expira Pronto notify ounotifyAll Conclusão de E/S alocar um processo Executando Inicia E/S wait Esperando completo sleep Bloqueado Morto Adormecido

26. Aula prática de Concorrência Equipe de Monitoria: Bruno Pereira - bpe Davi Pires - dpr Guilherme Barros – gbs2 Thiago Cavalcanti - trc