Multithreading

Übersicht: Multithreading

• Methoden zur Synchronisation von Threads in Java
• Koordination des Zugriffs auf den Speicher
• Wait, Notify, NotifyAll

Um einen neuen Thread zu erzeugen, muß ein Objekt Thread erzeugt werden.
Ein Thread wird aktiviert, indem man die start Methode des Threads aufruft.

Zur Synchronisation der Zugriffe auf Objekte, ist jedem Objekt ein Lock zugewiesen. So kann jeweils nur ein Thread auf ein Objekt zu Zeit zugreifen.

Auf der Java-Sprachebene stellt das Schlüsselwort synchronized ein High-level-Konstrukt zur Verfügung, der die notwendigen lock und unlock Operationen erzeugt.

Im Bytecode werden lock und unlock durch die beiden Instruktionen monitorenter und monitorexit implementiert.

• USE transferiert den Inhalt einer Variable aus dem "Working memory" in die Thread Execution Engine.
  Diese Aktion wird immer ausgeführt, wenn ein Thread eine Anweisung ausführt, die auf den Inhalt einer Variable zugreift.
• ASSIGN transferiert den Inhalt von der Thread Execution Engine in eine "working memory" Kopie einer Variablen.
  Diese Aktion wird immer ausgeführt, wenn ein Thread eine Anweisung ausführt, die einer Variable einen Wert zuweist.
• READ transferiert den Inhalt einer "master copy" einer Variable zu eines Threads "working memory" für die darauffolgende LOAD Operation
• LOAD weist den Wert der vom "main memory" mittels READ ausgelesen wurde der "working copy" einer Variable zu.
• STORE transferiert den Inhalt einer "working copy" einer Variable zum "main memory" für die darauffolgende WRITE Operation.
• WRITE weißt den Wert, der vom "working memory" mittels STORE gelieferten wurde, der "master copy" einer Variable zu.
• LOCK veranlaßt einen Thread einen Anspruch auf einen bestimmten Lock zu erwerben.
• UNLOCK veranlaßt einen Thread einen bestimmten Lock wieder freizugeben.

LOCK und UNLOCK werden immer gemeinsam vom Thread und "main memory" ausgeführt.

Jede LOAD Aktion des Threads gehört zu eine READ Aktion des "main memory", so daß das LOAD immer direkt auf das READ folgt.

Jede STORE Aktion des Thread gehört immer zu einer WRITE Aktion des "main memory". Das STORE folgt immer direkt auf ein WRITE.

Beispiel

class SynchSample {
	int a = 1, b = 2;
	synchronized void to() {
		a = 3;
		b = 4;
	}
	synchronized void fro(){
		System.out.println("a= " + a + ", b=" + b );
	}
}

Die Pfeile im Diagramm beschreiben hierbei die Abfolgen der Operationen.

• wait,
• notify und
• notifyAll zur Verfügung.

Jedem Objekt ist ein sog. "wait set" zugeordnet.

Wenn ein Thread ein Objekt gelockt hat, wird durch die wait Methode der Thread dem "wait set" für dieses Objekt zugefügt, der Lock gelöst und der Thread solange nicht weiter ausgeführt, bis

• ein anderer Thread eine notify Methode für das Objekt aufruft und der Thread als derjenige ausgewählt wird, der wieder weiterlaufen kann.
• ein anderer Thread die notifyAll Methode für das Objekt aufruft.
• die Zeit, die beim Aufruf der wait Methode angegeben wurde abgelaufen ist.

Der Thread wird vom "wait set" des Objekts entfernt, versucht wieder einen Lock auf das Objekt zu setzen und macht, nachdem dies gelungen ist, mit der nächsten Instruktion nach dem wait weiter.

Die notify Methode kann nur aufgerufen werden, wenn der aktuelle Thread auch das Objekt gelockt hat, sonst wird die Exception IllegalMonitorStateException ausgelöst.

Analog gilt dies für notifyAll.