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Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.

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
Rheinwerk 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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2.2 Thread-Eigenschaften und -ZuständeZur nächsten Überschrift

Ein Thread hat eine ganze Reihe von Zuständen, wie einen Namen und eine Priorität, die sich erfragen und setzen lassen. Nicht jede Eigenschaft ist nach dem Start änderbar, doch welche das sind, zeigen die folgenden Abschnitte.


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2.2.1 Der Name eines ThreadsZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

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(String name)
    Erzeugt ein neues Thread-Objekt und setzt den Namen. Sinnvoll bei Unterklassen, die den Konstruktor über super(name) aufrufen.
  • 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.

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2.2.2 Wer bin ich?Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

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 und den Namen aus:

System.out.println( Thread.currentThread().getPriority() ); // z. B. 5
System.out.println( Thread.currentThread().getName() ); // z. B. main

Falls es in einer Schleife wiederholten Zugriff auf Thread.currentThread() gibt, sollte das Ergebnis zwischengespeichert werden, denn der Aufruf ist nicht ganz billig.

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • static Thread currentThread()
    Liefert den Thread, der das laufende Programmstück ausführt.

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2.2.3 Die Zustände eines Threads *Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Bei einem Thread-Exemplar können wir einige Zustände feststellen:

  1. Nicht erzeugt: Der Lebenslauf eines Thread-Objekts beginnt mit new, doch befindet er sich damit noch nicht im Zustand ausführend.
  2. Laufend (vom Scheduler berücksichtigt) und nicht laufend (vom Scheduler nicht berücksichtigt): Durch start() gelangt der Thread in den Zustand »ausführbar« beziehungsweise »laufend«. Der Zustand kann sich ändern, wenn ein anderer Thread zur Ausführung gelangt und dann dem aktuellen Thread den Prozessor entzieht. Der vormals laufende Thread kommt in den Zustand nicht laufend, bis der Scheduler ihm wieder Rechenzeit zuordnet.
  3. Wartend: Dieser Zustand wird mittels spezieller Synchronisationstechniken oder Ein-/Ausgabefunktionen erreicht – der Thread verweilt in einem Wartezustand.
  4. Beendet: Nachdem die Aktivität des Thread-Objekts beendet wurde, kann es nicht mehr aktiviert werden und ist tot, also beendet.

Zustand über Thread.State

In welchem Zustand ein Thread gerade ist, zeigt die Methode getState(). Sie liefert ein Objekt vom Typ der Aufzählung Thread.State (die einzige Aufzählung im Paket java.lang), die Folgendes deklariert:

Tabelle 2.1: Zustände eines Threads

Zustand Erläuterung

NEW

neuer Thread, noch nicht gestartet

RUNNABLE

Läuft in der JVM.

BLOCKED

Wartet auf einen MonitorLock, wenn er etwa
einen synchronized-Block betreten möchte.

WAITING

Wartet etwa auf ein notify().

TIMED_WAITING

Wartet etwa in einem sleep().

TERMINATED

Ausführung ist beendet.

Zudem lässt sich die Methode isAlive() verwenden, die erfragt, ob der Thread gestartet wurde, aber noch nicht tot ist.


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2.2.4 Schläfer gesuchtZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Manchmal ist es notwendig, einen Thread eine bestimmte Zeit lang anzuhalten. Dazu lassen sich Methoden zweier Klassen nutzen:

  • die überladene statische Methode Thread.sleep(): Etwas erstaunlich ist sicherlich, dass sie keine Objektmethode von einem Thread-Objekt ist, sondern eine statische Methode. Ein Grund wäre, dass dadurch verhindert wird, externe Threads zu beeinflussen. Es ist nicht möglich, einen fremden Thread, über dessen Referenz wir verfügen, einfach einige Sekunden lang schlafen zu legen und ihn so von der Ausführung abzuhalten.
  • die Objektmethode sleep() auf einem TimeUnit-Objekt: Auch sie bezieht sich immer auf den ausführenden Thread. Der Vorteil gegenüber sleep() ist, dass hier die Zeiteinheiten besser sichtbar sind.
Beispiel

Der ausführende Thread soll zwei Sekunden lang schlafen. Einmal mit Thread.sleep():

try {
Thread.sleep( 2000 );
} catch ( InterruptedException e ) { }

Dann mit TimeUnit:

try {
TimeUnit.SECONDS.sleep( 2 );
} catch ( InterruptedException e ) { }

Der Schlaf kann durch eine InterruptedException unterbrochen werden, etwa durch interrupt(). Die Ausnahme muss behandelt werden, da sie keine RuntimeException ist.

Praktisch wird das Erweitern der Klasse Thread bei inneren anonymen Klassen. Die folgende Anweisung gibt nach zwei Sekunden Schlafzeit eine Meldung auf dem Bildschirm aus:

Listing 2.6: com/tutego/insel/thread/SleepInInnerClass.java, main()

new Thread() {
@Override public void run() {
try {
Thread.sleep( 2000 );
System.out.println( "Zeit ist um." );
} catch ( InterruptedException e ) { e.printStackTrace(); }
}
}.start();

Da new Thread(){...} ein Exemplar der anonymen Unterklasse ergibt, lässt die auf dem Ausdruck aufgerufene Objektmethode start() den Thread gleich loslaufen. Aufgaben dieser Art lösen auch die Timer gut.

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • static void sleep(long millis) throws InterruptedException
    Der aktuell ausgeführte Thread wird mindestens millis Millisekunden schlafen gelegt. Unterbricht ein anderer Thread den schlafenden, wird vorzeitig eine InterruptedException ausgelöst.
  • static void sleep(long millis, int nanos) throws InterruptedException
    Der aktuell ausgeführte Thread wird mindestens millis Millisekunden und zusätzlich nanos Nanosekunden schlafen gelegt. Im Gegensatz zu sleep(long) wird bei einer negativen Millisekundenanzahl eine IllegalArgumentException ausgelöst; auch wird diese Exception ausgelöst, wenn die Nanosekundenanzahl nicht zwischen 0 und 999.999 liegt.
enum java.util.concurrent.TimeUnit
extends Enum<TimeUnit>
implements Serializable, Comparable<TimeUnit>
  • NANOSECONDS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, SECONDS, MINUTES, HOURS, DAYS
    Aufzählungselemente von TimeUnit.
  • void sleep(long timeout) throws InterruptedException
    Führt ein Thread.sleep() für die Zeiteinheit aus.

Eine überladene Methode Thread.sleep(long, TimeUnit) wäre nett, gibt es aber nicht.

Abbildung

Abbildung 2.3: UML-Diagramme für Timer und TimerTask


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2.2.5 Mit yield() auf Rechenzeit verzichtenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Neben sleep() gibt es eine weitere Methode, um kooperative Threads zu programmieren: die Methode yield(). Sie funktioniert etwas anders als sleep(), da hier nicht nach Ablauf der genannten Millisekunden zum Thread zurückgekehrt wird, sondern yield() den Thread bezüglich seiner Priorität wieder in die Thread-Warteschlange des Systems einordnet. Einfach ausgedrückt, sagt yield() der Thread-Verwaltung: »Ich setze diese Runde aus und mache weiter, wenn ich das nächste Mal dran bin.«

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • static void yield()
    Der laufende Thread gibt freiwillig seine Rechenzeit ab. Die Methode ist für Implementierungen der JVM nicht verbindlich.

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2.2.6 Der Thread als DämonZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Ein Server reagiert oft in einer Endlosschleife auf eingehende Aufträge vom Netzwerk und führt die gewünschte Aufgabe aus. In unseren bisherigen Programmen haben wir oft Endlosschleifen eingesetzt, sodass ein gestarteter Thread nie beendet wird. Wenn also run() wie in den vorangehenden Beispielen nie abbricht (Informatiker sprechen hier von terminiert), läuft der Thread immer weiter, auch wenn die Hauptapplikation beendet ist. Dies ist nicht immer beabsichtigt, da vielleicht Server-Funktionalität nach dem Beenden der Applikation nicht mehr gefragt ist. Dann sollte auch der endlos laufende Thread beendet werden. Um dies auszudrücken, erhält ein im Hintergrund arbeitender Thread eine spezielle Kennung: Der Thread wird als Dämon[5](Das griechische (engl. daemon) bezeichnet allerlei Wesen zwischen Gott und Teufel. Eine gute Einleitung gibt http://de.wikipedia.org/wiki/D%C3%A4mon.) gekennzeichnet. Standardmäßig ist ein aufgebauter Thread kein Dämon.

Abbildung

Ein Dämon ist wie ein Heinzelmännchen im Hintergrund mit einer Aufgabe beschäftigt. Wenn das Hauptprogramm beendet ist und die Laufzeitumgebung erkennt, dass kein normaler Thread mehr läuft, sondern nur Dämonen, dann ist das Ende der Dämonen eingeläutet, und die JVM kommt zum Ende. Denn Dämonen-Threads sind Zulieferer: Gibt es keine Klienten mehr, werden auch sie nicht mehr gebraucht. Das ist wie bei den Göttern der Scheibenwelt: Glaubt keiner an sie, hören sie auf zu existieren. Wir müssen uns also um das Ende des Dämons nicht kümmern. Gleichzeitig heißt das aber auch, dass ein Dämonen-Thread vorsichtig mit Ein-/Ausgabeoperationen sein muss, denn er kann jederzeit – auch etwa während einer Schreiboperation auf die Festplatte – abgebrochen werden, was zu beschädigten Daten führen kann.

Hinweis

Der Garbage-Collector (GC) ist ein gutes Beispiel für einen Dämon. Nur, wenn es andere Threads gibt, muss der Speicher aufgeräumt werden. Gibt es keine anderen Threads mehr, kann auch die JVM mit beendet werden, was auch die Dämonen-Threads beendet.

Wie ein Thread in Java zum Dämon wird

Einen Thread in Java als Dämon zu kennzeichnen, heißt, die Methode setDaemon() mit dem Argument true aufzurufen. Die Methode ist nur vor dem Starten des Threads erlaubt. Danach kann der Status nicht wieder vom Dämon in den normalen Benutzer-Thread umgesetzt werden. Die Auswirkungen von setDaemon(true) können wir am folgenden Programm ablesen:

Listing 2.7: com/tutego/insel/thread/DaemonThread.java

package com.tutego.insel.thread;

class DaemonThread extends Thread
{
DaemonThread()
{
setDaemon( true );
}

@Override
public void run()
{
while ( true )
System.out.println( "Lauf, Thread, lauf" );
}

public static void main( String[] args )
{
new DaemonThread().start();
}
}

In diesem Programm wird der Thread gestartet, und danach ist die Anwendung sofort beendet. Vor dem Ende kann der neue Thread aber schon einige Zeilen auf der Konsole ausgeben. Klammern wir die Anweisung mit setDaemon(true) aus, läuft das Programm ewig, da die Laufzeitumgebung auf das natürliche Ende der Thread-Aktivität wartet.

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • final void setDaemon(boolean on)
    Markiert den Thread als Dämon oder normalen Thread. Die Methode muss aufgerufen werden, bevor der Thread gestartet wurde, andernfalls folgt eine IllegalThreadStateException. Mit anderen Worten: Nachträglich kann ein existierender Thread nicht mehr zu einem Dämon gemacht werden, und ihm kann auch nicht die Dämonenhaftigkeit genommen werden, so er sie hat.
  • final boolean isDaemon()
    Testet, ob der Thread ein Dämon-Thread ist.

AWT und Dämonen *

Obwohl Dämonen für Hintergrundaufgaben eine gute Einrichtung sind, ist der AWT-Thread kein Dämon. Unterschiedliche AWT-Threads sind normale Benutzer-Threads; dazu gehören AWT-Input, AWT-Motif oder Screen_Updater. Dies bedeutet, dass bei einmaliger Nutzung einer AWT-Methode ein spezieller Nicht-Dämon-Thread gestartet wird, sodass die Applikation nicht automatisch beendet wird, wenn das Hauptprogramm endet. Daher muss die Applikation in vielen Fällen hart mit System.exit() beendet werden.


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2.2.7 Das Ende eines ThreadsZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Es gibt Threads, die dauernd laufen, weil sie zum Beispiel Serverfunktionen implementieren. Andere Threads führen einmalig eine Operation aus und sind danach beendet. Allgemein ist ein Thread beendet, wenn eine der folgenden Bedingungen zutrifft:

  • Die run()-Methode wurde ohne Fehler beendet. Wenn wir eine Endlosschleife programmieren, würde diese potenziell einen nie endenden Thread bilden.
  • In der run()-Methode tritt eine RuntimeException auf, die die Methode beendet. Das beendet weder die anderen Threads noch die JVM als Ganzes.
  • Der Thread wurde von außen abgebrochen. Dazu dient die prinzipbedingt problematische Methode stop(), von deren Verwendung abgeraten wird und die auch veraltet ist.
  • Die virtuelle Maschine wird beendet und nimmt alle Threads mit ins Grab.

Wenn der Thread einen Fehler melden soll

Da ein Thread nebenläufig arbeitet, kann die run()-Methode synchron schlecht Exceptions melden oder einen Rückgabewert liefern. Wer sollte auch an welcher Stelle darauf hören? Eine Lösung für das Problem ist ein Listener, der sich beim Thread anmeldet und darüber informiert wird, ob der Thread seine Arbeit machen konnte oder nicht. Eine andere Lösung gibt Callable, mit dem ein spezieller Fehlercode zurückgegeben oder eine Exception angezeigt werden kann. Speziell für ungeprüfte Ausnahmen kann ein UncaughtExceptionHandler weiterhelfen.


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2.2.8 Einen Thread höflich mit Interrupt beendenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Der Thread ist in der Regel zu Ende, wenn die run()-Methode ordentlich bis zum Ende ausgeführt wurde. Enthält eine run()-Methode jedoch eine Endlosschleife – wie etwa bei einem Server, der auf eingehende Anfragen wartet –, so muss der Thread von außen zur Kapitulation gezwungen werden. Die naheliegende Möglichkeit, mit der Thread-Methode stop() einen Thread abzuwürgen, wollen wir in Abschnitt 2.2.10, »Der stop() von außen und die Rettung mit ThreadDeath«, diskutieren.

Wenn wir den Thread schon nicht von außen beenden wollen, können wir ihn immerhin bitten, seine Arbeit aufzugeben. Periodisch müsste er dann nur überprüfen, ob jemand von außen den Abbruchswunsch geäußert hat.

Die Methoden interrupt() und isInterrupted()

Die Methode interrupt() setzt von außen in einem Thread-Objekt ein internes Flag, das dann in der run()-Methode durch isInterrupted() periodisch abgefragt werden kann.

Das folgende Programm soll jede halbe Sekunde eine Meldung auf dem Bildschirm ausgeben. Nach zwei Sekunden wird der Unterbrechungswunsch mit interrupt() gemeldet. Auf dieses Signal achtet die sonst unendlich laufende Schleife und bricht ab:

Listing 2.8: com/tutego/insel/thread/ThreadusInterruptus.java, main()

Thread t = new Thread()
{
@Override
public void run()
{
System.out.println( "Es gibt ein Leben vor dem Tod. " );

while ( ! isInterrupted() )
{
System.out.println( "Und er läuft und er läuft und er läuft" );

try
{
Thread.sleep( 500 );
}
catch ( InterruptedException e )
{
interrupt();
System.out.println( "Unterbrechung in sleep()" );
}
}

System.out.println( "Das Ende" );
}
};
t.start();
Thread.sleep( 2000 );
t.interrupt();

Die Ausgabe zeigt hübsch die Ablaufsequenz:

Es gibt ein Leben vor dem Tod.
Und er läuft und er läuft und er läuft
Und er läuft und er läuft und er läuft
Und er läuft und er läuft und er läuft
Und er läuft und er läuft und er läuft
Unterbrechung in sleep()
Das Ende

Die run()-Methode im Thread ist so implementiert, dass die Schleife genau dann verlassen wird, wenn isInterrupted() den Wert true ergibt, also von außen die interrupt()-Methode für dieses Thread-Exemplar aufgerufen wurde. Genau dies geschieht in der main()-Methode. Auf den ersten Blick ist das Programm leicht verständlich, doch vermutlich erzeugt das interrupt() im catch-Block die Aufmerksamkeit. Stünde diese Zeile dort nicht, würde das Programm aller Wahrscheinlichkeit nach nicht funktionieren. Das Geheimnis ist folgendes: Wenn die Ausgabe nur jede halbe Sekunde stattfindet, befindet sich der Thread fast die gesamte Zeit über in der Schlafmethode sleep(). Also wird vermutlich der interrupt() den Thread gerade beim Schlafen stören. Genau dann wird sleep() durch InterruptedException unterbrochen, und der catch-Behandler fängt die Ausnahme ein. Jetzt passiert aber etwas Unerwartetes: Durch die Unterbrechung wird das interne Flag zurückgesetzt, sodass isInterrupted() meint, die Unterbrechung habe gar nicht stattgefunden. Daher muss interrupt() erneut aufgerufen werden, da das Abbruch-Flag neu gesetzt werden muss und isInterrupted() das Ende bestimmen kann.

Wenn wir mit der Objektmethode isInterrupted() arbeiten, müssen wir beachten, dass neben sleep() auch die Methoden join() und wait() durch die InterruptedException das Flag löschen.

Hinweis

Die Methoden sleep(), wait() und join() lösen alle eine InterruptedException aus, wenn sie durch die Methode interrupt() unterbrochen werden. Das heißt, interrupt() beendet diese Methoden mit der Ausnahme.

Zusammenfassung: interrupted(), isInterrupted() und interrupt()

Die Methodennamen sind verwirrend gewählt, sodass wir die Aufgaben noch einmal zusammenfassen wollen: Die Objektmethode interrupt() setzt in einem (anderen) Thread-Objekt ein Flag, dass es einen Antrag gab, den Thread zu beenden. Sie beendet aber den Thread nicht, obwohl es der Methodenname nahelegt. Dieses Flag lässt sich mit der Objektmethode isInterrupted() abfragen. In der Regel wird dies innerhalb einer Schleife geschehen, die darüber bestimmt, ob die Aktivität des Threads fortgesetzt werden soll. Die statische Methode interrupted() ist zwar auch eine Anfragemethode und testet das entsprechende Flag des aktuell laufenden Threads, wie Thread.currentThread().isInterrupted(), aber zusätzlich löscht es den Interrupt-Status auch, was isInterrupted() nicht tut. Zwei aufeinanderfolgende Aufrufe von interrupted() führen daher zu einem false, es sei denn, in der Zwischenzeit erfolgt eine weitere Unterbrechung.


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2.2.9 UncaughtExceptionHandler für unbehandelte AusnahmenZur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Einer der Gründe für das Ende eines Threads ist eine unbehandelte Ausnahme, etwa von einer nicht aufgefangenen RuntimeException. Um in diesem Fall einen kontrollierten Abgang zu ermöglichen, lässt sich an den Thread ein UncaughtExceptionHandler hängen, der immer dann benachrichtigt wird, wenn der Thread wegen einer nicht behandelten Ausnahme endet.

UncaughtExceptionHandler ist eine in Thread deklarierte innere Schnittstelle, die eine Operation void uncaughtException(Thread t, Throwable e) vorschreibt. Eine Implementierung der Schnittstelle lässt sich entweder einem individuellen Thread oder allen Threads anhängen, sodass im Fall des Abbruchs durch unbehandelte Ausnahmen die JVM die Methode uncaughtException() aufruft. Auf diese Weise kann die Applikation im letzten Atemzug noch den Fehler loggen, den die JVM über das Throwable e übergibt.

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • void setUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler eh)
    Setzt den UncaughtExceptionHandler für den Thread.
  • Thread.UncaughtExceptionHandler getUncaughtExceptionHandler()
    Liefert den aktuellen UncaughtExceptionHandler.
  • Static void setDefaultUncaughtExceptionHandler(Thread.UncaughtExceptionHandler eh)
    Setzt den UncaughtExceptionHandler für alle Threads.
  • static Thread.UncaughtExceptionHandler getDefaultUncaughtExceptionHandler()
    Liefert den zugewiesenen UncaughtExceptionHandler aller Threads.

Ein mit setUncaughtExceptionHandler() lokal gesetzter UncaughtExceptionHandler überschreibt den Eintrag für den setDefaultUncaughtExceptionHandler(). Zwischen dem mit dem Thread assoziierten Handler und dem globalen gibt es noch einen Handler-Typ für Thread-Gruppen, der jedoch seltener verwendet wird.


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2.2.10 Der stop() von außen und die Rettung mit ThreadDeath *Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Wenn ein Thread nicht auf interrupt() hört, aber aus irgendwelchen Gründen dringend beendet werden muss, müssen wir wohl oder übel die veraltete Methode stop() einsetzen.

Abbildung

Abbildung 2.4: Dass die Methode stop() veraltet ist, zeigen in Eclipse eine unterschlängelte Linie und ein Symbol am linken Rand an. Steht der Cursor auf der problematischen Zeile, weist eine Fehlermeldung ebenfalls auf das Problem hin.

deprecated gibt uns schon einen guten Hinweis darauf, stop() besser nicht zu benutzen (leider gibt es hier, im Gegensatz zu den meisten anderen veralteten Methoden, keinen einfachen, empfohlenen Ersatz). Überschreiben können wir stop() auch nicht, da es final ist. Wenn wir einen Thread von außen beenden, geben wir ihm keine Chance mehr, seinen Zustand konsistent zu verlassen. Zudem kann die Unterbrechung an beliebiger Stelle erfolgen, sodass angeforderte Ressourcen frei in der Luft hängen können.

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • final void stop()
    Wurde der Thread gar nicht gestartet oder ist er bereits abgearbeitet beziehungsweise beendet, kehrt die Methode sofort zurück. Andernfalls wird über checkAccess() geprüft, ob wir überhaupt das Recht haben, den Thread abzuwürgen. Dann wird der Thread beendet, egal was er zuvor unternommen hat; jetzt kann er nur noch sein Testament in Form eines ThreadDeath-Objekts als Exception anzeigen.

Das ThreadDeath-Objekt

So unmöglich ist das Reagieren auf ein stop() auch nicht. Immer dann, wenn ein Thread mit stop() zum Ende kommen soll, löst die JVM eine ThreadDeath-Ausnahme aus, die letztendlich den Thread beendet. ThreadDeath ist eine Unterklasse von Error, das wiederum von Throwable abgeleitet ist, sodass ThreadDeath mit einem try-Block abgefangen werden kann. Die Java-Entwickler haben ThreadDeath nicht zu einer Unterklasse von Exception gemacht, weil sie nicht wollten, dass ThreadDeath bei einer allgemeinen Exception-Behandlung über catch(Exception e) abgefangen wird.[6](Dass wir die Klasse überhaupt nutzen können, ist einem Fehler von Sun zuzuschreiben; die Klasse sollte eigentlich nicht sichtbar sein.)

Wenn wir ThreadDeath auffangen, können wir noch auf den Tod reagieren und Aufräumarbeiten erlauben. Wir sollten aber nicht vergessen, anschließend das aufgefangene ThreadDeath-Objekt wieder auszulösen, weil der Thread sonst nicht beendet wird:

Listing 2.9: com/tutego/insel/thread/ThreadStopRecovery.java, main()

Thread t = new Thread()
{
@Override public void run()
{
try
{
while ( true ) System.out.println( "I Like To Move It." );
}
catch ( ThreadDeath td )
{
System.out.println( "Das Leben ist nicht totzukriegen." );
throw td;
}
}
};
t.start();
try { Thread.sleep( 1 ); } catch ( Exception e ) { }
t.stop();

ThreadDeath bietet eine extravagante Möglichkeit, um das aktuell laufende Programm zu beenden: throw new ThreadDeath(). Die Anweisung System.exit() ist aber weniger Aufsehen erregend.


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2.2.11 Ein Rendezvous mit join() *Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Wollen wir Aufgaben auf mehrere Threads verteilen, kommt der Zeitpunkt, an dem die Ergebnisse eingesammelt werden. Die Resultate können allerdings erst dann zusammengebracht werden, wenn alle Threads mit ihrer Ausführung fertig sind. Da sie sich zu einem bestimmten Zeitpunkt treffen, heißt das auch Rendezvous.

Zum Warten gibt es mehrere Strategien. Zunächst lässt sich mit Callable arbeiten, um dann mit get() synchron auf das Ende zu warten. Arbeiten wir mit Runnable, so kann ein Thread keine direkten Ergebnisse wie eine Methode nach außen geben, weil die run()-Methode den Ergebnistyp void hat. Da ein nebenläufiger Thread zudem asynchron arbeitet, wissen wir nicht einmal, wann wir das Ergebnis erwarten können.

Die Übertragung von Werten ist kein Problem. Hier können Klassenvariablen und auch Objektvariablen helfen, denn über sie können wir kommunizieren. Jetzt fehlt nur noch, dass wir auf das Ende der Aktivität eines Threads warten können. Das funktioniert mit der Methode join().

In unserem folgenden Beispiel legt ein Thread t in der Variable result ein Ergebnis ab. Wir können die Auswirkungen von join() sehen, wenn wir die auskommentierte Zeile hineinnehmen:

Listing 2.10: com/tutego/insel/thread/JoinTheThread.java

package com.tutego.insel.thread;

class JoinTheThread
{
static class JoinerThread extends Thread
{
public int result;

@Override public void run()
{
result = 1;
}
}

public static void main( String[] args ) throws InterruptedException
{
JoinerThread t = new JoinerThread();
t.start();
// t.join();
System.out.println( t.result );
}
}

Ohne den Aufruf von join() wird als Ergebnis 0 ausgegeben, denn das Starten des Threads kostet etwas Zeit. In dieser Zeit geben wir aber die automatisch auf 0 initialisierte Klassenvariable aus. Nehmen wir join() hinein, wird die run()-Methode zu Ende ausgeführt, und der Thread setzt die Variable result auf 1. Das sehen wir dann auf dem Bildschirm.

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • final void join() throws InterruptedException
    Der aktuell ausgeführte Thread wartet auf den Thread, für den die Methode aufgerufen wird, bis dieser beendet ist.
  • final void join(long millis) throws InterruptedException
    Wie join(), doch wartet diese Variante höchstens millis Millisekunden. Wurde der Thread bis dahin nicht vollständig beendet, fährt das Programm fort. Auf diese Weise kann versucht werden, innerhalb einer bestimmten Zeitspanne auf den Thread zu warten, sonst aber weiterzumachen. Ist millis gleich 0, so hat dies die gleiche Wirkung wie join().
  • final void join (long millis, int nanos) throws InterruptedException
    Wie join(long), jedoch mit potenziell genauerer Angabe der maximalen Wartezeit.

Nach einem thread.join(long) ist mitunter die thread.isAlive()-Methode nützlich, denn sie sagt aus, ob thread noch aktiv arbeitet oder beendet ist.

In TimeUnit gibt es mit timedJoin() eine Hilfsmethode, um mit der Dauer schöner zu arbeiten.

class java.lang.TimeUnit
implements Runnable
  • void timedJoin(Thread thread, long timeout) throws InterruptedException
    Berechnet aus der TimeUnit und dem timeout Millisekunden (ms) und Nanosekunden (ns) und führt ein join(ms, ns) auf dem thread aus.

Warten auf den Langsamsten

Große Probleme lassen sich in mehrere Teile zerlegen, und jedes Teilproblem kann dann von einem Thread gelöst werden. Dies ist insbesondere bei Mehrprozessorsystemen eine lohnenswerte Investition. Zum Schluss müssen wir nur noch darauf warten, dass die Threads zum Ende gekommen sind, und das Ergebnis einsammeln. Dazu eignet sich join() gut.

Beispiel

Zwei Threads arbeiten an einem Problem. Anschließend wird gewartet, bis beide ihre Aufgabe erledigt haben. Dann könnte etwa ein anderer Thread die von a und b verwendeten Ressourcen wieder nutzen:

Thread a = new AThread();
Thread b = new BThread();
a.start();
b.start();
a.join();
b.join();

Es ist unerheblich, wessen join() wir zuerst aufrufen, da wir ohnehin auf den langsamsten Thread warten müssen. Wenn ein Thread schon beendet ist, kehrt join() sofort zurück.

Eine andere Lösung für zusammenlaufende Threads besteht darin, diese in einer Thread-Gruppe zusammenzufassen. Dann können sie zusammen behandelt werden, sodass nur das Ende der Thread-Gruppe beobachtet wird.


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2.2.12 Arbeit niederlegen und wieder aufnehmen *Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Wollen wir erreichen, dass ein Thread für eine bestimmte Zeit die Arbeit niederlegt und ein anderer den schlafenden Thread wieder aufwecken kann, müssten wir das selbst implementieren. Zwar gibt es mit suspend() und resume() zwei Methoden, doch diese Start-Stopp-Technik ist nicht erwünscht, da sie ähnlich problematisch ist wie stop().

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • final void suspend()
    Lebt der Thread, wird er so lange eingefroren (schlafen gelegt), bis resume() aufgerufen wird.
  • final void resume()
    Weckt einen durch suspend() lahmgelegten Thread wieder auf, der dann wieder arbeiten kann.

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2.2.13 Priorität *Zur nächsten ÜberschriftZur vorigen Überschrift

Jeder Thread verfügt über eine Priorität, die aussagt, wie viel Rechenzeit ein Thread relativ zu anderen Threads erhält. Die Priorität ist eine Zahl zwischen Thread.MIN_PRIORITY (1) und Thread.MAX_PRIORITY (10). Durch den Wert kann der Scheduler erkennen, welchem Thread er den Vorzug geben soll, wenn mehrere Threads auf Rechenzeit warten. Bei seiner Initialisierung bekommt jeder Thread die Priorität des erzeugenden Threads. Normalerweise ist es die Priorität Thread.NORM_PRIORITY (5).

Das Betriebssystem (oder die JVM) nimmt die Threads immer entsprechend der Priorität aus der Warteschlange heraus (daher Prioritätswarteschlange). Ein Thread mit der Priorität N wird vor allen Threads mit der Wichtigkeit kleiner N, aber hinter denen der Priorität größer gleich N gesetzt. Ruft nun ein kooperativer Thread mit der Priorität N die Methode yield() auf, bekommt ein Thread mit der Priorität <= N auch eine Chance zur Ausführung.

Die Priorität kann durch Aufruf von setPriority() geändert und mit getPriority() abgefragt werden. Allerdings macht Java nur sehr schwache Aussagen über die Bedeutung und Auswirkung von Thread-Prioritäten.

Beispiel

Wir weisen dem Thread t die höchste Priorität zu:

t.setPriority( Thread.MAX_PRIORITY );

class java.lang.Thread
implements Runnable
  • final int getPriority()
    Liefert die Priorität des Threads.
  • final void setPriority(int newPriority)
    Setzt die Priorität des Threads. Die Methode liefert eine IllegalArgumentException, wenn die Priorität nicht zwischen MIN_PRIORITY (1) und MAX_PRIORITY (10) liegt.

Granularität und Vorrang

Die zehn Prioritätsstufen garantieren nicht zwingend unterschiedliche Ausführungen. Obwohl anzunehmen ist, dass ein Thread mit der Priorität NORM_PRIORITY+1 häufiger Programmcode ausführt als ein Thread mit der Priorität NORM_PRIORITY, kann ein Betriebssystem dies anders implementieren. Nehmen wir an, die Plattform implementiert lediglich fünf Prioritätsstufen. Ist 1 die niedrigste Stufe und 5 die höchste – die mittlere Stufe ist 3 –, werden wahrscheinlich NORM_PRIORITY und NORM_PRIORITY + 1 auf die Stufe 3 transformiert und haben demnach dieselbe Priorität. Was wir daraus lernen: Auch bei unterschiedlichen Prioritäten können wir nicht erwarten, dass ein bestimmtes Programmstück zwingend schneller läuft. Zudem gibt es Betriebssysteme mit Schedulern, die keine Prioritäten unterstützen oder diese unerwartet interpretieren.



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