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Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Java ist auch eine Sprache
2 Sprachbeschreibung
3 Klassen und Objekte
4 Der Umgang mit Zeichenketten
5 Mathematisches
6 Eigene Klassen schreiben
7 Angewandte Objektorientierung
8 Exceptions
9 Die Funktionsbibliothek
10 Threads und nebenläufige Programmierung
11 Raum und Zeit
12 Datenstrukturen und Algorithmen
13 Dateien und Datenströme
14 Die eXtensible Markup Language (XML)
15 Grafische Oberflächen mit Swing
16 Grafikprogrammierung
17 Netzwerkprogrammierung
18 Verteilte Programmierung mit RMI und Web-Services
19 JavaServer Pages und Servlets
20 Applets
21 Midlets und die Java ME
22 Datenbankmanagement mit JDBC
23 Reflection und Annotationen
24 Logging und Monitoring
25 Sicherheitskonzepte
26 Java Native Interface (JNI)
27 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
A Die Begleit-DVD
Stichwort
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Java ist auch eine Insel von Christian Ullenboom Programmieren mit der Java Standard Edition Version 6
Java ist auch eine Insel 7., aktualisierte Auflage geb., mit DVD (November 2007) 1.492 S., 49,90 Euro Galileo Computing ISBN 978-3-8362-1146-8 |
| 10 Threads und nebenläufige Programmierung
|  | 10.1 Nebenläufigkeit
|  |  | 10.1.1 Threads und Prozesse
|  |  | 10.1.2 Wie parallele Programme die Geschwindigkeit steigern können
|  |  | 10.1.3 Was Java für Nebenläufigkeit alles bietet
|  | 10.2 Threads erzeugen
|  |  | 10.2.1 Threads über die Schnittstelle Runnable implementieren
|  |  | 10.2.2 Thread mit Runnable starten
|  |  | 10.2.3 Der Name eines Threads
|  |  | 10.2.4 Die Klasse Thread erweitern
|  |  | 10.2.5 Wer bin ich?
|  | 10.3 Die Zustände eines Threads
|  |  | 10.3.1 Threads schlafen
|  |  | 10.3.2 Mit yield() auf Rechenzeit verzichten
|  |  | 10.3.3 Das Ende eines Threads
|  |  | 10.3.4 UncaughtExceptionHandler für unbehandelte Ausnahmen
|  |  | 10.3.5 Einen Thread höflich mit Interrupt beenden
|  |  | 10.3.6 Der stop() von außen und die Rettung mit ThreadDeath
|  |  | 10.3.7 Ein Rendezvous mit join()
|  |  | 10.3.8 Barrier und Austausch mit Exchanger
|  |  | 10.3.9 Arbeit niederlegen und wieder aufnehmen
|  |  | 10.3.10 Priorität
|  |  | 10.3.11 Der Thread ist ein Dämon
|  | 10.4 Der Ausführer (Executor) kommt
|  |  | 10.4.1 Die Schnittstelle Executor
|  |  | 10.4.2 Die Thread-Pools
|  |  | 10.4.3 Threads mit Rückgabe über Callable
|  |  | 10.4.4 Mehrere Callable abarbeiten
|  |  | 10.4.5 Mit ScheduledExecutorService wiederholende Ausgaben und Zeitsteuerungen
|  | 10.5 Synchronisation über kritische Abschnitte
|  |  | 10.5.1 Gemeinsam genutzte Daten
|  |  | 10.5.2 Probleme beim gemeinsamen Zugriff und kritische Abschnitte
|  |  | 10.5.3 Punkte parallel initialisieren
|  |  | 10.5.4 i++ sieht atomar aus, ist es aber nicht
|  |  | 10.5.5 Kritische Abschnitte schützen
|  |  | 10.5.6 Schützen mit ReentrantLock
|  |  | 10.5.7 Synchronisieren mit synchronized
|  |  | 10.5.8 Synchronized-Methoden der Klasse StringBuffer
|  |  | 10.5.9 Mit synchronized synchronisierte Blöcke
|  |  | 10.5.10 Dann machen wir doch gleich alles synchronisiert!
|  |  | 10.5.11 Lock-Freigabe im Fall von Exceptions
|  |  | 10.5.12 Mit synchronized nachträglich synchronisieren
|  |  | 10.5.13 Monitore sind reentrant – gut für die Geschwindigkeit
|  |  | 10.5.14 Synchronisierte Methodenaufrufe zusammenfassen
|  |  | 10.5.15 Deadlocks
|  | 10.6 Synchronisation über Warten und Benachrichtigen
|  |  | 10.6.1 Die Schnittstelle Condition
|  |  | 10.6.2 Beispiel: Erzeuger-Verbraucher-Programm
|  |  | 10.6.3 Warten mit wait() und Aufwecken mit notify()
|  |  | 10.6.4 Falls der Lock fehlt: IllegalMonitorStateException
|  |  | 10.6.5 Semaphor
|  | 10.7 Atomare Operationen und frische Werte mit volatile
|  |  | 10.7.1 Der Modifizierer volatile bei Objekt-/Klassenvariablen
|  |  | 10.7.2 Das Paket java.util.concurrent.atomic
|  | 10.8 Mit dem Thread verbundene Variablen
|  |  | 10.8.1 ThreadLocal
|  |  | 10.8.2 InheritableThreadLocal
|  | 10.9 Gruppen von Threads in einer Thread-Gruppe
|  |  | 10.9.1 Aktive Threads in der Umgebung
|  |  | 10.9.2 Etwas über die aktuelle Thread-Gruppe herausfinden
|  |  | 10.9.3 Threads in einer Thread-Gruppe anlegen
|  |  | 10.9.4 Methoden von Thread und ThreadGroup im Vergleich
|  | 10.10 Zeitgesteuerte Abläufe
|  |  | 10.10.1 Die Klassen Timer und TimerTask
|  |  | 10.10.2 Job-Scheduler Quartz
|  | 10.11 Einen Abbruch der virtuellen Maschine erkennen
|  | 10.12 Zum Weiterlesen
## 10.9 Gruppen von Threads in einer Thread-Gruppe 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 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 diese die Laufzeitumgebung nicht negativ beeinflussen. Hier klicken, um das Bild zu vergrößern ### 10.9.1 Aktive Threads in der Umgebung Es gibt zwei Möglichkeiten 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. ### 10.9.2 Etwas über die aktuelle Thread-Gruppe herausfinden 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 10.32 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 is %sDaemon%n",
                               indent, group.getName(), t, t.isDaemon() ? "" : "no " );

        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 Methode 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 wird am besten mit active-Count() gemacht. Ist das Array für die Threads zu klein, werden die überzähligen Threads nicht mehr in das Array kopiert. Hier klicken, um das Bild zu vergrößern ### 10.9.3 Threads in einer Thread-Gruppe anlegen 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 thread2    = 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 10.33 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() ];

        // Array mit allen Threads der Gruppe group füllen

        group.enumerate( threadArray );

        // Array ausgeben

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

    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:
    Thread[Darkwing Duck,5,Helden]
    Thread[Kikky,5,Helden]
    java.lang.ThreadGroup[name=Helden,maxpri=10]
        Thread[Darkwing Duck,5,Helden]
        Thread[Kikky,5,Helden]
    Darkwing Duck: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
    Kikky: 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
    Darkwing Duck: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
    Kikky: Ich bin der Schrecken, der die Nacht durchflattert
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. ### 10.9.4 Methoden von Thread und ThreadGroup im Vergleich 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 die Getter-Funktion getMaxPriority() beziehen sich auf die interne Variable maxPriority aus der Thread-Gruppe – die Threads aus der Gruppe werden von den beiden Funktionen 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 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. Exisitierende 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 Funktionen destroy() und interrupt(). 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()-Funktion wie ein Thread, so dass es über eine einzelne Funktion nicht möglich ist, das Ende aller Threads in einer Gruppe zu erkennen. Doch die Thread-Gruppe besitzt die nützliche Funktion 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. ### Ihr Kommentar Wie hat Ihnen das <openbook> gefallen? Wir freuen uns immer über Ihre freundlichen und kritischen Rückmeldungen.
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