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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 Generics, innere Klassen
10 Die Klassenbibliothek
11 Threads und nebenläufige Programmierung
12 Datenstrukturen und Algorithmen
13 Raum und Zeit
14 Dateien und Datenströme
15 Die eXtensible Markup Language (XML)
16 Grafische Oberflächen mit Swing
17 Grafikprogrammierung
18 Netzwerkprogrammierung
19 Verteilte Programmierung mit RMI und Web–Services
20 JavaServer Pages und Servlets
21 Applets
22 Midlets und die Java ME
23 Datenbankmanagement mit JDBC
24 Reflection und Annotationen
25 Logging und Monitoring
26 Sicherheitskonzepte
27 Java Native Interface (JNI)
28 Dienstprogramme für die Java-Umgebung
Stichwort
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Java ist auch eine Insel (8. Auflage) von Christian Ullenboom Programmieren mit der Java Standard Edition Version 6
Java ist auch eine Insel (8. Aufl.) 8., aktual. Auflage, geb., mit DVD 1.475 S., 49,90 Euro Galileo Computing ISBN 978-3-8362-1371-4 |
| 11 Threads und nebenläufige Programmierung
|  | 11.1 Nebenläufigkeit
|  |  | 11.1.1 Threads und Prozesse
|  |  | 11.1.2 Wie parallele Programme die Geschwindigkeit steigern können
|  |  | 11.1.3 Was Java für Nebenläufigkeit alles bietet
|  | 11.2 Threads erzeugen
|  |  | 11.2.1 Threads über die Schnittstelle Runnable implementieren
|  |  | 11.2.2 Thread mit Runnable starten
|  |  | 11.2.3 Der Name eines Threads
|  |  | 11.2.4 Die Klasse Thread erweitern
|  |  | 11.2.5 Wer bin ich?
|  | 11.3 Die Zustände eines Threads
|  |  | 11.3.1 Threads schlafen
|  |  | 11.3.2 Mit yield() auf Rechenzeit verzichten
|  |  | 11.3.3 Das Ende eines Threads
|  |  | 11.3.4 UncaughtExceptionHandler für unbehandelte Ausnahmen
|  |  | 11.3.5 Einen Thread höflich mit Interrupt beenden
|  |  | 11.3.6 Der stop() von außen und die Rettung mit ThreadDeath
|  |  | 11.3.7 Ein Rendezvous mit join()
|  |  | 11.3.8 Barrier und Austausch mit Exchanger
|  |  | 11.3.9 Arbeit niederlegen und wieder aufnehmen
|  |  | 11.3.10 Priorität
|  |  | 11.3.11 Der Thread als Dämon
|  | 11.4 Der Ausführer (Executor) kommt
|  |  | 11.4.1 Die Schnittstelle Executor
|  |  | 11.4.2 Die Thread-Pools
|  |  | 11.4.3 Threads mit Rückgabe über Callable
|  |  | 11.4.4 Mehrere Callable abarbeiten
|  |  | 11.4.5 Mit ScheduledExecutorService wiederholende Ausgaben und Zeitsteuerungen
|  | 11.5 Synchronisation über kritische Abschnitte
|  |  | 11.5.1 Gemeinsam genutzte Daten
|  |  | 11.5.2 Probleme beim gemeinsamen Zugriff und kritische Abschnitte
|  |  | 11.5.3 Punkte parallel initialisieren
|  |  | 11.5.4 i++ sieht atomar aus, ist es aber nicht
|  |  | 11.5.5 Kritische Abschnitte schützen
|  |  | 11.5.6 Schützen mit ReentrantLock
|  |  | 11.5.7 Synchronisieren mit synchronized
|  |  | 11.5.8 Synchronized-Methoden der Klasse StringBuffer
|  |  | 11.5.9 Mit synchronized synchronisierte Blöcke
|  |  | 11.5.10 Dann machen wir doch gleich alles synchronisiert!
|  |  | 11.5.11 Lock-Freigabe im Fall von Exceptions
|  |  | 11.5.12 Mit synchronized nachträglich synchronisieren
|  |  | 11.5.13 Monitore sind reentrant – gut für die Geschwindigkeit
|  |  | 11.5.14 Synchronisierte Methodenaufrufe zusammenfassen
|  |  | 11.5.15 Deadlocks
|  | 11.6 Synchronisation über Warten und Benachrichtigen
|  |  | 11.6.1 Die Schnittstelle Condition
|  |  | 11.6.2 It’s Disco-Time
|  |  | 11.6.3 Warten mit wait() und Aufwecken mit notify()
|  |  | 11.6.4 Falls der Lock fehlt: IllegalMonitorStateException
|  |  | 11.6.5 Semaphor
|  | 11.7 Atomare Operationen und frische Werte mit volatile
|  |  | 11.7.1 Der Modifizierer volatile bei Objekt-/Klassenvariablen
|  |  | 11.7.2 Das Paket java.util.concurrent.atomic
|  | 11.8 Mit dem Thread verbundene Variablen
|  |  | 11.8.1 ThreadLocal
|  |  | 11.8.2 InheritableThreadLocal
|  | 11.9 Gruppen von Threads in einer Thread-Gruppe
|  |  | 11.9.1 Aktive Threads in der Umgebung
|  |  | 11.9.2 Etwas über die aktuelle Thread-Gruppe herausfinden
|  |  | 11.9.3 Threads in einer Thread-Gruppe anlegen
|  |  | 11.9.4 Methoden von Thread und ThreadGroup im Vergleich
|  | 11.10 Zeitgesteuerte Abläufe
|  |  | 11.10.1 Die Klassen Timer und TimerTask
|  |  | 11.10.2 Job-Scheduler Quartz
|  | 11.11 Einen Abbruch der virtuellen Maschine erkennen
|  | 11.12 Zum Weiterlesen
## 11.2 Threads erzeugen Die folgenden Abschnitte verdeutlichen, wie der nebenläufige Programmcode in einen Runnable verpackt und dem Thread zur Ausführung vorgelegt wird. ### 11.2.1 Threads über die Schnittstelle Runnable implementieren Damit der Thread weiß, was er ausführen soll, müssen wir ihm Anweisungsfolgen geben. Diese werden in einem Befehlsobjekt vom Typ Runnable verpackt und dem Thread übergeben. Wird der Thread gestartet, arbeitet er die Programmzeilen aus dem Befehlsobjekt parallel zum restlichen Programmcode ab. Die Schnittstelle Runnable ist schmal und schreibt nur eine run()-Methode vor.
    interface java.lang.Runnable
void run() Implementierende Klassen realisieren die Operation und setzen dort den parallel auszuführenden Programmcode rein. Hier klicken, um das Bild zu vergrößern Wir wollen zwei Threads angeben, wobei einer zwanzigmal das aktuelle Datum und die Uhrzeit ausgibt und der andere einfach eine Zahl. Listing 11.1 com/tutego/insel/thread/DateCommand.java
    package com.tutego.insel.thread;

    public class DateCommand implements Runnable
    {
      @Override public void run()
      {
        for ( int i = 0; i < 20; i++ )
          System.out.println( new java.util.Date() );
      }
    }
Listing 11.2 com/tutego/insel/thread/CounterCommand.java
    package com.tutego.insel.thread;

    class CounterCommand implements Runnable
    {
      @Override public void run()
      {
        for ( int i = 0; i < 20; i++ )
          System.out.println( i );
      }
    }
Unser parallel auszuführender Programmcode in run() besteht aus einer Schleife, die in einem Fall ein aktuelles Date-Objekt ausgibt und im anderen Fall einen Schleifenzähler. ### 11.2.2 Thread mit Runnable starten Nun reicht es nicht aus, einfach die run()-Methode einer Klasse direkt aufzurufen, denn, dann wäre nichts nebenläufig, sondern wir würden einfach eine Methode sequenziell ausführen. Damit der Programmcode parallel zur Applikation läuft, müssen wir ein Thread-Objekt mit dem Runnable verbinden und dann den Thread explizit starten. Dazu übergeben wir dem Konstruktor der Klasse Thread eine Referenz auf das Runnable-Objekt und rufen start() auf. Nachdem start() für den Thread eine Ablaufumgebung geschaffen hat, ruft es intern selbstständig die Methode run() genau einmal auf. Läuft der Thread schon, so löst ein zweiter Aufruf der start()-Methode eine IllegalThreadStateException aus. Listing 11.3 com/tutego/insel/thread/FirstThread.java, main()
    Thread t1 = new Thread( new DateCommand() );
    t1.start();

    Thread t2 = new Thread( new CounterCommand() );
    t2.start();
Beim Starten des Programms erfolgt eine Ausgabe auf dem Bildschirm, die in etwa so aussehen kann:
    Tue Aug 21 16:59:58 CEST 2007
    0
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    Tue Aug 21 16:59:58 CEST 2007
    10
    ...
Deutlich ist die Verzahnung der beiden Threads zu erkennen. Was allerdings auf den ersten Blick etwas merkwürdig wirkt, ist die erste Zeile des Datum-Threads und viele weitere Zeilen des Zähl-Threads. Dies hat jedoch nichts zu bedeuten und zeigt deutlich den Nichtdeterminismus bei Threads. Interpretiert werden kann dies jedoch durch die unterschiedlichen Laufzeiten, die für die Datums- und Zeitausgabe nötig sind.
    class java.lang.Thread
    implements Runnable
Thread( Runnable target ) Erzeugt einen neuen Thread mit einem Runnable, das den parallel auszuführenden Programmcode vorgibt. void start() Ein neuer Thread – neben dem die Methode aufrufenden Thread – wird gestartet. Der neue Thread führt die run()-Methode nebenläufig aus. Jeder Thread kann nur einmal gestartet werden.
Hinweis Wenn ein Thread im Konstruktor einer Runnable-Implementierung gestartet wird, sollte die Arbeitsweise bei der Vererbung beachtet werden. Nehmen wir an, eine Klasse leitet von einer anderen Klasse ab, die im Konstruktor einen Thread startet. Bildet die Applikation ein Exemplar der Unterklasse, so werden bei der Bildung des Objekts immer erst die Konstruktoren der Oberklasse aufgerufen. Dies hat zur Folge, dass der Thread schon läuft, auch wenn das Objekt noch nicht ganz gebaut ist. Die Erzeugung ist erst abgeschlossen, wenn nach dem Aufruf der Konstruktoren der Oberklassen der eigene Konstruktor vollständig abgearbeitet wurde.
### 11.2.3 Der Name eines Threads Ein Thread hat eine ganze Menge Eigenschaften – wie einen Zustand, eine Priorität und auch einen Namen. Dieser kann mit setName() gesetzt und mit getName() erfragt werden.
    class java.lang.Thread
    implements Runnable
Thread( Runnable target, String name ) Erzeugt ein neues Thread-Objekt mit einem Runnable und setzt den Namen. final String getName() Liefert den Namen des Threads. Der Name wird im Konstruktor angegeben oder mit setName() zugewiesen. Standardmäßig ist der Name »Thread-x«, wobei x eine eindeutige Nummer ist. final void setName( String name ) Ändert den Namen des Threads. ### 11.2.4 Die Klasse Thread erweitern Da die Klasse Thread selbst die Schnittstelle Runnable implementiert und die run()-Methode mit leerem Programmcode bereitstellt, können wir auch Thread erweitern, wenn wir eigene parallele Aktivitäten programmieren wollen. Listing 11.4 com/tutego/insel/thread/DateThread.java, DateThread
    public class DateThread extends Thread
    {
      @Override public void run()
      {
        for ( int i = 0; i < 20; i++ )
          System.out.println( new Date() );
      }
    }
Hier klicken, um das Bild zu vergrößern Dann müssen wir kein Runnable-Exemplar mehr in den Konstruktor einfügen, denn wenn unsere Klasse eine Unterklasse von Thread ist, reicht ein Aufruf der geerbten Methode start(). Danach arbeitet das Programm direkt weiter, führt also kurze Zeit später die nächste Anweisung hinter start() aus.
    Thread t = new DateThread();
    t.start();
Es geht auch ohne Zwischenspeicherung der Objektreferenz:
    new DateThread().start();
Die Methode start() kann von uns auch überschrieben werden, was aber nur selten sinnvoll beziehungsweise nötig ist. Wir müssen dann darauf achten, super.start() aufzurufen, damit der Thread wirklich startet. Damit wir als Thread-Benutzer nicht erst die start()-Methode aufrufen müssen, kann ein Thread sich auch wieder selbst starten. Der Konstruktor enthält den Methodenaufruf start().
    class DateThread extends Thread
    {
      DateThread()
      {
        start();
      }
      // ...  der Rest bleibt ...
    }
    class java.lang.Thread
    implements Runnable
void run() Diese Methode in Thread hat einen leeren Rumpf. Unterklassen überschreiben run(), sodass sie den parallel auszuführenden Programmcode enthält. Thread( String name ) Erzeugt ein neues Thread-Objekt und setzt den Namen. Sinnvoll bei Unterklassen, die den Konstruktor über super(name) aufrufen. #### Was passiert, wenn wir run() an Stelle von start() aufrufen? Ein Programmierfehler, der hin und wieder passiert, ist folgender: Statt start() rufen wir aus Versehen run() auf. Was geschieht? Fast genau das Gleiche wie bei start(), nur mit dem Unterschied, dass die Objektmethode run() nicht parallel zum übrigen Programm abgearbeitet wird. Der aktuelle Thread bearbeitet die run()-Methode sequenziell, bis sie zu Ende ist und die Anweisungen nach dem Aufruf an die Reihe kommen. Der Fehler fällt nicht immer direkt auf, denn die Aktionen in run() finden ja statt – nur nicht nebenläufig. #### Erweitern von Thread oder Implementieren von Runnable? Die beste Idee wäre, Runnable-Objekte zu bauen, die dann dem Thread übergeben werden. Befehlsobjekte dieser Art sind recht flexibel, da die einfachen Runnable-Objekte leicht übergeben und sogar von Threads aus einem Thread-Pool ausgeführt werden können. Ein Nachteil der Thread-Erweiterung ist, dass die Einfachvererbung störend sein kann; erbt eine Klasse von Thread, ist die Erweiterung schon »aufgebraucht«. Doch ob eine Klasse Runnable implementiert oder Thread erweitert, eines bleibt: eine neue Klasse. ### 11.2.5 Wer bin ich? Eine Erweiterung der Klasse Thread hat den Vorteil, dass geerbte Methoden wie getName() sofort genutzt werden können. Wenn wir Runnable implementieren, genießen wir diesen Vorteil nicht. Die Klasse Thread liefert mit der statischen Methode currentThread() die Objektreferenz für das Thread-Exemplar, das diese Anweisung gerade ausführt. Auf diese Weise lassen sich nicht-statische Thread-Methoden wie getName() verwenden.
Beispiel Gib die aktuelle Priorität des laufenden Threads aus:
    System.out.println( Thread.currentThread().getPriority() );   // 5
Falls es in einer Schleife wiederholten Zugriff auf Thread.currentThread() gibt, sollte das Ergebnis zwischengespeichert werden, denn der Aufruf der nativen Methoden ist nicht ganz billig.
    class java.lang.Thread
    implements Runnable
static Thread currentThread() Liefert den Thread, der das laufende Programmstück ausführt. ### Ihr Kommentar Wie hat Ihnen das <openbook> gefallen? Wir freuen uns immer über Ihre freundlichen und kritischen Rückmeldungen. >> Zum Feedback-Formular
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