Programowanie sieciowe w Javie Michał Kuciapski

Prezentacja na temat: "Programowanie sieciowe w Javie Michał Kuciapski"— Zapis prezentacji:

1 Programowanie sieciowe w Javie Michał Kuciapski m.kuciapski@univ.gda.pl

2 Wątki

3 Koncepcja i tworzenie

4 4 z 53 Definicja Wątek (ang. thread) jest pojedynczą ścieżką wykonywania (przepływem sterowania) wykonywaną oddzielnie i niezależnie. Każdy wątek ma początek, sekwencje instrukcji i koniec. Relacja pomiędzy wątkami określana głównie poprzez dwa mechanizmy: synchronizację i zasadę pierwszeństwa (priorytet).

5 5 z 53 Koncepcja Wątki umożliwiają podział zadań (programów) na mniejsze funkcjonalnie spójne fragmenty kodu wykonywanego (odseparowane strumienie wykonywania działań). Tworzenie wielu wątków umożliwia równoczesne wykonywanie zadań - programowanie równoległe, programowanie współbieżne. Ma to na celu: tworzenie aplikacji asynchronicznych, zwiększenia efektywności działania oraz ma charakter porządkowania kodu. Każdy program może składać się z wątków dla wydzielenia poszczególnych zadań. Wirtualna Maszyna Javy posiada wiele wątków jak np.: obsługujący kod z metod main(), obsługuję zarządzanie pamięcią (GarbageCollection), odświeżanie ekranu.

6 6 z 53 Tworzenie wątków W Javie wątki są obiektami zdefiniowanymi za pomocą specjalnego rodzaju klas. Tworzone są: Jako podklasa klasy Thread Poprzez implementacje interfejsu Runnable I następnie uruchamiane poprzez polecenie start(). Tak jak w programie sekwencyjnym, każdy wątek ma swoje zarezerwowane zasoby i może korzystać z zasobów programu, w którym jest wykonywany.

7 7 z 53 Tworzenie wątków – sposoby - przykład Dla metody dziedziczenia Thread watek = new MojaKlasaWatek(parametr); watek.start(); Dla implementacji interfejsu Runnable KlasaRunnable wRunnable = new KlasaRunnable(parametr); Thread watek = new Thread(wRunnable); watek.start();

8 8 z 53 Podstawowe metody wątków start() - jawnie wywołuje rozpoczęcie wątku run() - zawiera zestaw zadań do wykonania. Metoda ta nie jest wywoływana jawnie lecz pośrednio poprzez metodę start() powodującą wykonanie działań zawartych w definicji metody run(). Jeśli w międzyczasie nie zostanie przerwane zadanie, w ciele którego dany wątek działa, to końcem życia wątku będzie koniec działania metody run() http://java.sun.com/j2se/1.4.2/docs/api/java/lang/Thread.html

9 9 z 53 Podstawowe metody wątków c.d. static int activeCount() - powoduje zwrócenie liczby wszystkich aktywnych wątków danej grupy static int enumerate(Thread[] tablicaWatkow) - powoduje skopiowanie wszystkich aktywnych wątków danej grupy do tablicy oraz powoduje zwrócenie liczby wszystkich skopiowanych wątków static currentThread() – zwraca referencje do aktualnie wykonywanego wątku

10 10 z 53 Podstawowe metody wątków c.d. static yield() - powoduje czasowe przerwanie wykonywania aktualnego wątku dla wykonywania innych wątków static void sleep (long czasWstrzymania) – powoduje uśpienie działania wątku na okres w milisekundach void join() - czeka na skończenie się wątku void destroy() – niszczy wątek void setName(String nazwa) – ustawia nazwę wątku String getName() - zwraca nazwę wątku void setPriority(int priorytet) – zmienia priorytet wątku void getPriority() - zwraca priorytet wątku void isAlive() – sprawdza czy wątek istnieje

11 11 z 53 Wątek – przykład 1 class Watek extends Thread { private String tekst; public Watek(String nazwaWatek, String parTekst) { super(nazwaWatek); tekst = parTekst; } public void run() { for (int i = 0; i < 4; i++) { System.out.println(i + ": " + getName() + " - " + tekst); try{ sleep( (int)(Math.random() * 5000) );} catch (InterruptedException e ) { e.printStackTrace();} } System.out.println(getName() + " - koniec wątku" ); }

12 12 z 53 Wątek – przykład 1 c.d. public class WatkiDziedziczenie{ public static void main(String args[]) { System.out.println("Program pokazujący działanie wątków " + "tworzonych poprzez dziedziczenie klasy Thread \n"); Thread watekSystem1 = new Watek("Active directory", "Uruchomienie usługi Active Directory"); Thread watekSystem2 = new Watek("Ustawienia sieciowe", "Implementacja ustawień sieciowych"); Thread watekSystem3 = new Watek("Polisy grupowe", "Implementacja polis grupowych"); Thread watekSystem4 = new Watek("System", "Uruchomienie systemu"); watekSystem1.start(); watekSystem2.start(); watekSystem3.start(); watekSystem4.start(); }

13 13 z 53 Wątek – przykład 2 class Watek implements Runnable { private String tekst; private Thread watekBiezacy = new Thread(); public Watek(String nazwaWatek, String parTekst) { watekBiezacy = Thread.currentThread(); //watekBiezacy.setName(nazwaWatek); watekBiezacy = new Thread(nazwaWatek); tekst = parTekst; } public void run() {

14 14 z 53 Wątek – przykład 1 c.d. for (int i = 0; i < 4; i++) { System.out.println(i + ": " + watekBiezacy.getName() + " - " + tekst); try { watekBiezacy.sleep( (int)(Math.random() * 5000) ); } catch ( InterruptedException e ) { e.printStackTrace(); } System.out.println(watekBiezacy.getName() + " - koniec wątku" ); }

15 15 z 53 Wątek – przykład 1 c.d. public class WatkiRunnable{ public static void main(String args[]) { System.out.println("Program pokazujący działanie wątków " + "tworzonych poprzez implementowanie interfejsu Runnable \n"); Thread watekSystem1 = new Thread(new Watek("Active directory", "Uruchomienie usługi Active Directory")); Thread watekSystem2 = new Thread(new Watek("Ustawienia sieciowe", "Implementacja ustawień sieciowych")); Thread watekSystem3 = new Thread(new Watek("Polisy grupowe", "Implementacja polis grupowych")); Thread watekSystem4 = new Thread(new Watek("System", "Uruchomienie systemu")); watekSystem1.start(); watekSystem2.start(); watekSystem3.start(); watekSystem4.start(); } }

16 16 z 53 Stany wątku http://republika.pl/arturt/java/Charakterystyka/2.5.htm

17 Wątki Synchronizacja

18 18 z 53 Koncepcja Synchronizacja umożliwia zarządzanie dostępem do zasobów poprzez przydzielanie ich na zasadzie okresowego zablokowania określonemu wątkowi. Synchronizacja pozwala na zapewnienie kolejności wykonywania poszczególnych zależnych od siebie czynności programu. Problemami z nią związanymi są: –konieczność czekania przez inne wątki na zakończenie korzystania z synchronizowanego zasobu –ryzyko wystąpienia zakleszczenia, polegającego na wzajemnym blokowaniu siebie wątków

19 19 z 53 Metody Można wyróżnić 3 metody synchronizacji: –bloku –samego obiektu –metody Writter out; synchronized (out) { Calendar teraz = Calendar.getInstance(); out.write(teraz.get(Calendar.HOUR_OF_DAY)); out.write( „\r\n" ); } Synchronized (this) Synchronized void zapiszLog() throws IOException

20 20 z 53 Zakleszczenie Pojawia się w sytuacji gdy każdy z dwóch wątków wymaga wyłącznego dostępu do tego samego zestawu zasobów, ale każdy posiada jego inny element. Techniki unikania zakleszczenia: Ograniczanie synchronizacji Synchronizowanie jak najmniejszych bloków kodu Unikanie synchronizowania na więcej niż jednym obiekcie Wykorzystywanie lokalnych kopii obiektów Analizowanie klas, które wykorzystują klika synchronizowanych obiektów

21 Wątki Informacje zwrotne, priorytety

22 22 z 53 Informacje zwrotne W sytuacji, gdy wykonywany kod, wątek lub proces zależy od wyniku działania lub stanu innego wątku niezbędne konieczne jest uzyskanie od niego informacji zwrotnych. Metody uzyskiwania informacji: odpytywanie – okresowo sprawdzana jest flaga wątku wywołania zwrotne – wątek powiadamia program główny

23 23 z 53 Priorytety Analogicznie jak procesom systemowym, wątkom w zależności od ważności można przypisywać priorytety, określając przydzielony czas. Dla priorytetów zdefiniowane są 3 stałe: –MIN_PRIORITY = 1 –NORM_PRIORITY = 5 –MAX PRIORYTY = 10

24 24 z 53 Przykład class Opcja implements Runnable { String tekst; Thread watek; Opcja(String tytul, String parTekst) { watek = new Thread(tytul); tekst = parTekst; } public void run() { for(int i=0; i<=3; i++) { try { Thread.currentThread().sleep((int)(Math.random() * 5000)); System.out.println(watek.getName() + " mówi: " + tekst); WczesniejszeWyboryRunnableWywolanieZwrotne.ostatniaOpcja(tekst); } catch(InterruptedException e) { System.out.println("Nastąpił błąd: " + e.getMessage()); } } } }

25 25 z 53 Przykład c.d. public class WczesniejszeWyboryRunnableWywolanieZwrotnePriorytety { static String ostatniaOpcja; public static void ostatniaOpcja(String tekst) { ostatniaOpcja = tekst; } public static void main(String args[]) { System.out.println("Symulacja scenariuszy odnośnie wcześniejszych wyborów :-)"); Opcja lepper = new Opcja("Andrzej Lepper", "Koalicja"); Opcja kaczor = new Opcja("Jarosław Kaczyński", "Wcześniejsze wybory"); Opcja donald = new Opcja("Donald tusk", "Wszystko tylko nie wcześniejsze wybory"); Opcja analitycy = new Opcja("Analityk giełdowy", "Rząd mniejszościowy"); Thread lepperT = new Thread(lepper); Thread kaczorT = new Thread(kaczor); Thread donaldT = new Thread(donald); Thread analitycyT = new Thread(analitycy); lepperT.setPriority(1); kaczorT.setPriority(2); donaldT.setPriority(3); analitycyT.setPriority(4);

26 26 z 53 Przykład c.d. lepperT.start(); kaczorT.start(); donaldT.start(); analitycyT.start(); try { lepperT.join(); kaczorT.join(); donaldT.join(); analitycyT.join(); } catch(InterruptedException e) { System.out.println("Nastąpił błąd: " + e.getMessage()); }

27 Wątki Przykład zastosowania sieciowego