Galileo Computing :: Java 7 - Mehr als eine Insel - 2 Threads und nebenläufige Programmierung
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Neues in Java 7
2 Threads und nebenläufige Programmierung
3 Datenstrukturen und Algorithmen
4 Raum und Zeit
5 Dateien, Verzeichnisse und Dateizugriffe
6 Datenströme
7 Die eXtensible Markup Language (XML)
8 Dateiformate
9 Grafische Oberflächen mit Swing
10 Grafikprogrammierung
11 Netzwerkprogrammierung
12 Verteilte Programmierung mit RMI
13 RESTful und SOAP Web-Services
14 JavaServer Pages und Servlets
15 Applets
16 Datenbankmanagement mit JDBC
17 Technologien für die Infrastruktur
18 Reflection und Annotationen
19 Dynamische Übersetzung und Skriptsprachen
20 Logging und Monitoring
21 Java Native Interface (JNI)
22 Sicherheitskonzepte
23 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
Stichwort

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Java 7 - Mehr als eine Insel von Christian Ullenboom
Das Handbuch zu den Java SE-Bibliotheken
Buch: Java 7 - Mehr als eine Insel

Java 7 - Mehr als eine Insel
Galileo Computing
1433 S., 2012, geb.
49,90 Euro, ISBN 978-3-8362-1507-7
Pfeil 2 Threads und nebenläufige Programmierung
Pfeil 2.1 Threads erzeugen
Pfeil 2.1.1 Threads über die Schnittstelle Runnable implementieren
Pfeil 2.1.2 Thread mit Runnable starten
Pfeil 2.1.3 Die Klasse Thread erweitern
Pfeil 2.2 Thread-Eigenschaften und -Zustände
Pfeil 2.2.1 Der Name eines Threads
Pfeil 2.2.2 Wer bin ich?
Pfeil 2.2.3 Die Zustände eines Threads *
Pfeil 2.2.4 Schläfer gesucht
Pfeil 2.2.5 Mit yield() auf Rechenzeit verzichten
Pfeil 2.2.6 Der Thread als Dämon
Pfeil 2.2.7 Das Ende eines Threads
Pfeil 2.2.8 Einen Thread höflich mit Interrupt beenden
Pfeil 2.2.9 UncaughtExceptionHandler für unbehandelte Ausnahmen
Pfeil 2.2.10 Der stop() von außen und die Rettung mit ThreadDeath *
Pfeil 2.2.11 Ein Rendezvous mit join() *
Pfeil 2.2.12 Arbeit niederlegen und wieder aufnehmen *
Pfeil 2.2.13 Priorität *
Pfeil 2.3 Der Ausführer (Executor) kommt
Pfeil 2.3.1 Die Schnittstelle Executor
Pfeil 2.3.2 Die Thread-Pools
Pfeil 2.3.3 Threads mit Rückgabe über Callable
Pfeil 2.3.4 Mehrere Callable abarbeiten
Pfeil 2.3.5 ScheduledExecutorService für wiederholende Ausgaben und Zeitsteuerungen nutzen
Pfeil 2.4 Synchronisation über kritische Abschnitte
Pfeil 2.4.1 Gemeinsam genutzte Daten
Pfeil 2.4.2 Probleme beim gemeinsamen Zugriff und kritische Abschnitte
Pfeil 2.4.3 Punkte parallel initialisieren
Pfeil 2.4.4 i++ sieht atomar aus, ist es aber nicht *
Pfeil 2.4.5 Kritische Abschnitte schützen
Pfeil 2.4.6 Kritische Abschnitte mit ReentrantLock schützen
Pfeil 2.4.7 Synchronisieren mit synchronized
Pfeil 2.4.8 Synchronized-Methoden der Klasse StringBuffer *
Pfeil 2.4.9 Mit synchronized synchronisierte Blöcke
Pfeil 2.4.10 Dann machen wir doch gleich alles synchronisiert!
Pfeil 2.4.11 Lock-Freigabe im Fall von Exceptions
Pfeil 2.4.12 Deadlocks
Pfeil 2.4.13 Mit synchronized nachträglich synchronisieren *
Pfeil 2.4.14 Monitore sind reentrant – gut für die Geschwindigkeit *
Pfeil 2.4.15 Synchronisierte Methodenaufrufe zusammenfassen *
Pfeil 2.5 Synchronisation über Warten und Benachrichtigen
Pfeil 2.5.1 Die Schnittstelle Condition
Pfeil 2.5.2 It’s Disco-Time *
Pfeil 2.5.3 Warten mit wait() und Aufwecken mit notify() *
Pfeil 2.5.4 Falls der Lock fehlt: IllegalMonitorStateException *
Pfeil 2.6 Datensynchronisation durch besondere Concurrency-Klassen *
Pfeil 2.6.1 Semaphor
Pfeil 2.6.2 Barrier und Austausch
Pfeil 2.6.3 Stop and go mit Exchanger
Pfeil 2.7 Atomare Operationen und frische Werte mit volatile *
Pfeil 2.7.1 Der Modifizierer volatile bei Objekt-/Klassenvariablen
Pfeil 2.7.2 Das Paket java.util.concurrent.atomic
Pfeil 2.8 Teile und herrsche mit Fork und Join *
Pfeil 2.8.1 Algorithmendesign per »teile und herrsche«
Pfeil 2.8.2 Paralleles Lösen von D&C-Algorithmen
Pfeil 2.8.3 Fork und Join
Pfeil 2.9 Mit dem Thread verbundene Variablen *
Pfeil 2.9.1 ThreadLocal
Pfeil 2.9.2 InheritableThreadLocal
Pfeil 2.9.3 ThreadLocalRandom als Zufallszahlengenerator
Pfeil 2.9.4 ThreadLocal bei der Performance-Optimierung
Pfeil 2.10 Threads in einer Thread-Gruppe *
Pfeil 2.10.1 Aktive Threads in der Umgebung
Pfeil 2.10.2 Etwas über die aktuelle Thread-Gruppe herausfinden
Pfeil 2.10.3 Threads in einer Thread-Gruppe anlegen
Pfeil 2.10.4 Methoden von Thread und ThreadGroup im Vergleich
Pfeil 2.11 Zeitgesteuerte Abläufe
Pfeil 2.11.1 Die Typen Timer und TimerTask
Pfeil 2.11.2 Job-Scheduler Quartz
Pfeil 2.12 Einen Abbruch der virtuellen Maschine erkennen
Pfeil 2.13 Zum Weiterlesen

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2.10 Threads in einer Thread-Gruppe *Zur nächsten Überschrift

Wenn wir einen Thread erzeugen, gehört dieser automatisch zu einer Gruppe, die durch ein ThreadGroup-Objekt repräsentiert wird. Die Verwaltung ist Aufgabe der Laufzeitumgebung. Die Gruppenzugehörigkeit bekommt jeder Thread bei seiner Erzeugung zugeteilt; wir können sie aber beeinflussen: Entweder geben wir die Gruppe explizit an, wofür es einen passenden Konstruktor gibt, oder der Thread wird automatisch der Gruppe jenes Threads zugeordnet, der ihn erzeugt hat. Da Thread-Gruppen baumartig organisiert sind, kann jede Thread-Gruppe wiederum weitere Untergruppen besitzen. Die Wurzel dieses Baums bildet für Benutzer-Threads die Gruppe main. Über diese Gruppenzugehörigkeit lassen sich Threads leicht verwalten, da sich beispielsweise alle Threads einer Gruppe gleichzeitig stoppen lassen oder die Priorität geändert werden kann. Von Applets erzeugte Threads gehören automatisch zu speziellen Untergruppen, sodass sie die Laufzeitumgebung nicht negativ beeinflussen.

Abbildung


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2.10.1 Aktive Threads in der UmgebungZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Es gibt zwei Möglichkeiten, um herauszufinden, welche Threads gerade im System laufen. Der erste Weg führt über die Klasse Thread, der zweite über die Klasse ThreadGroup.

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • static int activeCount()
    Liefert die Anzahl der noch nicht beendeten Threads in der Gruppe des aktiven Threads.
  • static int enumerate(Thread[] tarray)
    Jeder Thread in der gleichen Gruppe wie der aktive Thread und alle Threads in den Untergruppen dieser Gruppe werden in das Feld kopiert. Der SecurityManager überprüft, ob wir dies überhaupt dürfen, und kann eine SecurityException auslösen. Die Rückgabe ist die Anzahl kopierter Elemente im Feld.

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2.10.2 Etwas über die aktuelle Thread-Gruppe herausfindenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Das folgende Programm nutzt die Methode getThreadGroup(), um das ThreadGroup-Objekt des aktuellen Threads zu bekommen. Anschließend verwendet es getParent(), um die Thread-Gruppen ebenenweise nach oben zu durchlaufen und somit das Vater-Objekt für alle Threads auszulesen:

Listing 2.44: com/tutego/insel/thread/group/ShowThreadsInMain.java

package com.tutego.insel.thread.group;

public class ShowThreadsInMain
{
public static void main( String[] args )
{
ThreadGroup top = Thread.currentThread().getThreadGroup();

while ( top.getParent() != null )
top = top.getParent();

showGroupInfo( " ", top );
}

public static void showGroupInfo( String indent, ThreadGroup group )
{
Thread[] threads = new Thread[ group.activeCount() ];
group.enumerate( threads, false );
System.out.println( group );

for ( Thread t : threads )
if ( t != null )
System.out.printf( "%s%s -> %s ist %sDaemon-Thread%n",
indent, group.getName(), t, t.isDaemon() ? "" : "kein " );

ThreadGroup[] activeGroup = new ThreadGroup[ group.activeGroupCount() ];
group.enumerate( activeGroup, false );

for ( ThreadGroup g : activeGroup )
showGroupInfo( indent + indent, g );
}
}

Dann wird mit der schon bekannten enumerate()-Methode eine Liste erstellt und eine Auflistung aller Untergruppen auf den Bildschirm ausgegeben. Die Anzahl der Threads in der Gruppe ergibt sich mit activeCount(). Die Methoden enumerate() sowie activeCount() beziehen sich hier auf Objektmethoden einer Thread-Gruppe und nicht mehr auf Klassenmethoden von Thread.

java.lang.ThreadGroup[name=system,maxpri=10]
system -> Thread[Reference Handler,10,system] is Daemon
system -> Thread[Finalizer,8,system] is Daemon
system -> Thread[Signal Dispatcher,9,system] is Daemon
system -> Thread[Attach Listener,5,system] is Daemon
java.lang.ThreadGroup[name=main,maxpri=10]
main -> Thread[main,5,main] is no Daemon
class java.lang.Thread
implements Runnable
  • static Thread currentThread()
    Liefert eine Referenz auf den aktuell laufenden Thread.
  • final ThreadGroup getThreadGroup()
    Liefert die Thread-Gruppe, zu der der Thread gehört. Wenn es den Thread schon nicht mehr gibt, liefert die Methode null.
class java.lang.ThreadGroup
implements Thread.UncaughtExceptionHandler
  • final ThreadGroup getParent()
    Liefert die Obergruppe der Thread-Gruppe.
  • int activeCount()
    Liefert die Anzahl aktiver Threads in der Gruppe inklusive aller Untergruppen.
  • int activeGroupCount()
    Liefert die Anzahl aktiver Untergruppen in der Gruppe.
  • int enumerate(Thread[] threadList)
    Kopiert eine Referenz auf jeden aktiven Thread der Gruppe und auf alle Threads in ihren Untergruppen in das Array.
  • int enumerate(Thread[] threadList, boolean recurse)
    Kopiert eine Referenz auf jeden aktiven Thread der Gruppe in das Array. Ist recurse gleich true, werden auch Referenzen auf die Threads der Untergruppen mit kopiert.
  • int enumerate(ThreadGroup[] groupList)
    Kopiert Referenzen auf die Untergruppen, die mindestens einen aktiven Thread enthalten, inklusive aller Unteruntergruppen in das Array.
  • int enumerate(ThreadGroup[] groupList, boolean recurse)
    Kopiert Referenzen auf jede aktive Untergruppe inklusive aller Unteruntergruppen, wenn recurse gleich true ist.

Ein Array der passenden Größe müssen wir zunächst anlegen. Dies geschieht am besten mit activeCount(). Ist das Array für die Threads zu klein, werden die überzähligen Threads nicht mehr in das Array kopiert.

Abbildung

Abbildung 2.13: Klassendiagramm für ThreadGroup


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2.10.3 Threads in einer Thread-Gruppe anlegenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Wollen wir Threads in einer Gruppe anlegen, dann müssen wir zunächst ein ThreadGroup-Objekt erzeugen. Dazu bietet die Klasse zwei Konstruktoren. Im ersten müssen wir lediglich den Namen der Gruppe angeben. Da eine Thread-Gruppe, die mehrere Threads zusammenfasst, wiederum Mitglied eines ThreadGroup-Objekts sein kann, existiert ein zweiter Konstruktor, der die übergeordnete Gruppe bestimmt. Ohne diese Angabe wird die Thread-Gruppe des aktuellen Threads zum Vater der neuen Gruppe.

class java.lang.ThreadGroup
implements Thread.UncaughtExceptionHandler
  • ThreadGroup(String name)
    Erzeugt eine Thread-Gruppe namens name.
  • ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name)
    Erzeugt eine neue Thread-Gruppe, deren Vater parent ist.

Die Gruppe haben wir angelegt, nun fehlen uns noch die Threads. Diese können nur bei ihrer Erzeugung in die Gruppe aufgenommen werden. Dafür bietet uns die Thread-Klasse spezielle Konstruktoren, um den neuen Thread einer bestimmten Gruppe hinzuzufügen. Folgende Zeilen reichen aus, um die drei Comic-Helden in eine Gruppe zu stecken:

ThreadGroup group = new ThreadGroup( "Disney Family" );
Thread thread1 = new Thread( group, "Donald" );
Thread thread2 = new Thread( group, "Daisy" );
Thread thread3 = new Thread( group, "Micky" );
Hinweis

Die Zugehörigkeit eines Threads zu einer Gruppe lässt sich nachträglich nicht mehr ändern.

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
    Erzeugt ein neues Thread-Objekt mit dem Namen name in der Gruppe group und dem Runnable-Objekt target, das die auszuführende run()-Methode enthält. Ist die Gruppe null, so wird der Thread in der Gruppe erzeugt, in der auch der erzeugende Thread liegt. Ist target gleich null, hat das Thread-Objekt selbst das passende run().
  • Thread(ThreadGroup group, Runnable target)
    Erzeugt ein neues Thread-Objekt. Der Konstruktor verweist auf Thread(parent, target, "Thread-" + n), wobei n eine Ganzzahl ist, die mit nextThreadNum() erfragt wird. Bei jedem erzeugten Thread wird n inkrementiert.
  • Thread(ThreadGroup group, String name)
    Erzeugt ein neues Thread-Objekt in der Gruppe group. Entspricht dem Konstruktor Thread(group, null, name).

Das nachfolgende Beispiel zeigt die Erstellung und Nutzung einer eigenen Thread-Gruppe:

Listing 2.45: com/tutego/insel/thread/group/ThreadInThreadGroup.java

package com.tutego.insel.thread.group;

public class ThreadInThreadGroup
{
static public void main( String[] args )
{
ThreadGroup group = new ThreadGroup( "Helden" );

new OwnThread( group, "Darkwing Duck" ).start();
new OwnThread( group, "Kikky" ).start();

Thread[] threadArray = new Thread[ group.activeCount() ];

// Fill array with all Threads of the group

group.enumerate( threadArray );

// List array

for ( Thread t : threadArray )
System.out.println( t );

System.out.println( "--" );

group.list();
}
}

class OwnThread extends Thread
{
public OwnThread( ThreadGroup group, String name ) {
super( group, name );
}

@Override public void run()
{
for ( int i = 0; i < 3; i++ )
{
System.out.println( getName() + ": Ich bin der Schrecken, "+
"der die Nacht durchflattert" );
}
}
}

Läuft das Programm, produziert es eine Ausgabe folgender Art:

Darkwing Duck: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
Darkwing Duck: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
Darkwing Duck: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
Kikky: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
Kikky: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
Kikky: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
Thread[Darkwing Duck,5,Helden]
Thread[Kikky,5,]
--
java.lang.ThreadGroup[name=Helden,maxpri=10]

Wesentlich einfacher ist die Testausgabe einer Thread-Gruppe mit der Objektmethode list(). Diese Methode ergibt aber nur zu Testzwecken Sinn.

class java.lang.ThreadGroup
implements Thread.UncaughtExceptionHandler
  • void list()
    Schreibt eine Liste mit Informationen über die Thread-Gruppe auf die Standardausgabe.

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2.10.4 Methoden von Thread und ThreadGroup im VergleichZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Einige Methoden, die ein Thread besitzt, lassen sich auf Gruppen übertragen, wobei es zum Teil Bedeutungsunterschiede gibt. So suggeriert vielleicht setMaxPriority(), dass die Priorität aller Threads in der Gruppe verändert wird, aber das ist nicht so. setMaxPriority() und getMaxPriority() beziehen sich auf die interne Variable maxPriority aus der Thread-Gruppe – die Threads aus der Gruppe werden von den beiden Methoden überhaupt nicht beeinflusst.

class java.lang.ThreadGroup
implements Thread.UncaughtExceptionHandler
  • final void setMaxPriority( int priority )
    Setzt die höchstens einstellbare Priorität für Threads aus der ThreadGroup. Zum Beispiel: Hat ein Thread die Priorität 7 und wird danach die maxPriority seiner Gruppe auf 3 gesetzt, dann wird die Priorität des Threads bei einem folgenden setPriority(i) (wobei i zwischen 3 und 7 sein kann) auch nur auf 3 gesetzt. Existierende Threads ändern ihre Priorität nicht.
  • final int getMaxPriority()
    Gibt zurück, wie hoch die Priorität eines Threads aus einer ThreadGroup höchstens gesetzt werden kann. Sie gibt nicht zurück, wie hoch die höchste Priorität aller Prioritäten der Threads aus der Thread-Gruppe ist!
Hinweis

Wird von einem Thread ein neuer Thread erzeugt, erbt der neue Thread üblicherweise die Priorität. Ist die Priorität des erzeugenden Threads aber höher als die maximale Priorität der Gruppe, dann erhält der neue Thread trotzdem nur den maximalen Prioritätswert der Gruppe zuerkannt.

Veraltete Methoden und Ähnliches

Einige Methoden sind veraltet und sollten nicht mehr verwendet werden. Dazu zählen allowThreadSuspension(boolean), resume(), stop() und suspend(). Außer allowThreadSuspension() sind die anderen Methoden auch in der Klasse Thread veraltet. Immer noch aktuell und nützlich sind die ThreadGroup-Methoden destroy() und interrupt().

class java.lang.ThreadGroup
implements Thread.UncaughtExceptionHandler
  • final void destroy()
    Entfernt die Thread-Gruppe und alle Untergruppen. Die darin enthaltenen Threads müssen beendet worden sein. Eine IllegalThreadStateException wird ausgelöst, wenn die Gruppe nicht leer ist oder wenn die Gruppe schon entfernt wurde.
  • final void interrupt()
    Unterbricht alle Threads in der Gruppe und den Untergruppen.
  • final void setDaemon(boolean daemon)
    Ändert den Status der Thread-Gruppe. Diese Gruppeneigenschaft ist orthogonal zur Dämon-Eigenschaft einzelner Threads. Die Dämon-Gruppe wird entfernt, falls der letzte Thread stoppt oder die letzte Thread-Gruppe entfernt wurde.
  • final boolean isDaemon()
    Testet, ob die Thread-Gruppe eine Dämon-Gruppe ist. Eine Dämon-Thread-Gruppe wird automatisch entfernt, wenn der letzte Thread gestoppt oder zerstört wurde.

Kein join in einer Thread-Gruppe

Eine Thread-Gruppe kennt keine join()-Methode wie ein Thread, sodass es über eine einzelne Methode nicht möglich ist, das Ende aller Threads in einer Gruppe zu erkennen. Doch die Thread-Gruppe besitzt die nützliche Methode activeCount(), über die etwa die Anzahl aktiver Threads – inklusive der Threads in Untergruppen – in Erfahrung gebracht werden kann. Damit ist Folgendes denkbar:

void join( ThreadGroup tg ) throws InterruptedException
{
synchronized( tg )
{
while ( tg.activeCount() > 0 )
tg.wait( 10 );
}
}

Das alles kommt noch in einen synchronized-Block und in ein wait(), damit die Schleife nicht zu viel Zeit kostet.



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