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Professionelle Bücher. Auch für Einsteiger.
 
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Java ist auch eine Sprache
2 Imperative Sprachkonzepte
3 Klassen und Objekte
4 Der Umgang mit Zeichenketten
5 Eigene Klassen schreiben
6 Objektorientierte Beziehungsfragen
7 Ausnahmen müssen sein
8 Äußere.innere Klassen
9 Besondere Typen der Java SE
10 Generics<T>
11 Lambda-Ausdrücke und funktionale Programmierung
12 Architektur, Design und angewandte Objektorientierung
13 Die Klassenbibliothek
14 Einführung in die nebenläufige Programmierung
15 Einführung in Datenstrukturen und Algorithmen
16 Einführung in grafische Oberflächen
17 Einführung in Dateien und Datenströme
18 Einführung ins Datenbankmanagement mit JDBC
19 Einführung in <XML>
20 Testen mit JUnit
21 Bits und Bytes und Mathematisches
22 Die Werkzeuge des JDK
A Java SE Paketübersicht
Stichwortverzeichnis

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Java ist auch eine Insel von Christian Ullenbloom
Das umfassende Handbuch
Buch: Java ist auch eine Insel

Java ist auch eine Insel
Rheinwerk Computing
1306 Seiten, gebunden, 11. Auflage
49,90 Euro, ISBN 978-3-8362-2873-2
Pfeil 14 Einführung in die nebenläufige Programmierung
Pfeil 14.1 Nebenläufigkeit und Parallelität
Pfeil 14.1.1 Multitasking, Prozesse, Threads
Pfeil 14.1.2 Threads und Prozesse
Pfeil 14.1.3 Wie nebenläufige Programme die Geschwindigkeit steigern können
Pfeil 14.1.4 Was Java für Nebenläufigkeit alles bietet
Pfeil 14.2 Threads erzeugen
Pfeil 14.2.1 Threads über die Schnittstelle Runnable implementieren
Pfeil 14.2.2 Thread mit Runnable starten
Pfeil 14.2.3 Die Klasse Thread erweitern
Pfeil 14.3 Thread-Eigenschaften und -Zustände
Pfeil 14.3.1 Der Name eines Threads
Pfeil 14.3.2 Wer bin ich?
Pfeil 14.3.3 Schläfer gesucht
Pfeil 14.3.4 Mit yield() auf Rechenzeit verzichten
Pfeil 14.3.5 Der Thread als Dämon
Pfeil 14.3.6 Freiheit für den Thread – das Ende
Pfeil 14.3.7 Einen Thread höflich mit Interrupt beenden
Pfeil 14.3.8 UncaughtExceptionHandler für unbehandelte Ausnahmen
Pfeil 14.4 Der Ausführer (Executor) kommt
Pfeil 14.4.1 Die Schnittstelle Executor
Pfeil 14.4.2 Glücklich in der Gruppe – die Thread-Pools
Pfeil 14.4.3 Threads mit Rückgabe über Callable
Pfeil 14.4.4 Mehrere Callable abarbeiten
Pfeil 14.4.5 ScheduledExecutorService für wiederholende Ausgaben und Zeitsteuerungen nutzen
Pfeil 14.5 Synchronisation über kritische Abschnitte
Pfeil 14.5.1 Gemeinsam genutzte Daten
Pfeil 14.5.2 Probleme beim gemeinsamen Zugriff und kritische Abschnitte
Pfeil 14.5.3 Punkte nebenläufig initialisieren
Pfeil 14.5.4 Kritische Abschnitte schützen
Pfeil 14.5.5 Kritische Abschnitte mit ReentrantLock schützen
Pfeil 14.5.6 Synchronisieren mit synchronized
Pfeil 14.5.7 Mit synchronized synchronisierte Blöcke
Pfeil 14.5.8 Dann machen wir doch gleich alles synchronisiert!
Pfeil 14.5.9 Lock-Freigabe im Fall von Exceptions
Pfeil 14.5.10 Deadlocks
Pfeil 14.6 Zum Weiterlesen
 
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14.2Threads erzeugen Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

Die folgenden Abschnitte verdeutlichen, wie der nebenläufige Programmcode in einen Runnable verpackt und dem Thread zur Ausführung vorgelegt wird.

 
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14.2.1Threads über die Schnittstelle Runnable implementieren Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

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 nebenläufig 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 nebenläufig auszuführenden Programmcode ein.

UML-Diagramm der einfachen Schnittstelle Runnable

Abbildung 14.2UML-Diagramm der einfachen Schnittstelle Runnable

Wir wollen zwei Threads angeben, wobei einer zwanzigmal das aktuelle Datum und die Uhrzeit ausgibt und der andere einfach eine Zahl:

Listing 14.1com/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 14.2com/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 nebenläufig auszuführender Programmcode in run() besteht aus einer Schleife, die in einem Fall ein aktuelles Date-Objekt ausgibt und im anderen Fall einen Schleifenzähler.

 
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14.2.2Thread mit Runnable starten Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

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 neben der eigentlichen 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 14.3com/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:

0
1
2
Tue Aug 21 16:59:58 CEST 2007
3
4
5
6
7
8
9
Tue Aug 21 16:59:58 CEST 2007
10
...

In meiner Ausgabe ist die Verzahnung der beiden Threads zu erkennen. Zwar ist innerhalb eines Threads durch die Schleife die Reihenfolge klar definiert, doch wann welcher Thread an der Reihe ist, ist frei. So sollte auch nicht verwundern, dass die erste Zeile in meiner Ausgabe vom Zähl-Thread kommt – dem eigentlich zweiten Thread. Das zeigt deutlich den Nichtdeterminismus[ 223 ] bei Threads. Interpretiert werden kann die Ausgabe durch die unterschiedlichen Laufzeiten, die für die Datums- und Zeitausgabe nötig sind; bei der Datumsverarbeitung sind viel mehr Objekte nötig, sie aufzubauen dauert. Aber das ist ein Interna, welches bei der Reihenfolge nicht beachtet werden darf. Wer Thread-Ergebnisse in bestimmten Reihenfolgen erwartet, muss Threads synchronisieren – das ist Thema von Abschnitt 14.5, »Synchronisation über kritische Abschnitte«.

class java.lang.Thread
implements Runnable

  • Thread(Runnable target)
    Erzeugt einen neuen Thread mit einem Runnable, das den nebenläufig 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, und der Konstruktor der Oberklasse startet einen Thread. 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.

 
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14.2.3Die Klasse Thread erweitern Zur vorigen ÜberschriftZur nächsten Überschrift

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 nebenläufige Aktivitäten programmieren wollen:

Listing 14.4com/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 java.util.Date() );
}
}

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().

UML-Diagramm der Klasse Thread, die Runnable implementiert

Abbildung 14.3UML-Diagramm der Klasse Thread, die Runnable implementiert

Danach arbeitet das Programm direkt weiter, führt also kurze Zeit später die nächste Anweisung hinter start() aus:

Listing 14.5com/tutego/insel/thread/DateThreadUser, main()

Thread t = new DateThread();
t.start();
new DateThread().start(); // (*)

Die (*)-Zeile zeigt, dass das Starten sehr kompakt auch ohne Zwischenspeicherung der Objektreferenz möglich ist.

class java.lang.Thread
implements Runnable

  • void run()
    Diese Methode in Thread hat einen leeren Rumpf. Unterklassen überschreiben run(), sodass sie den nebenläufig auszuführenden Programmcode enthält.

Überschreiben von start() und Selbststarter

Die Methode start() kann von uns auch überschrieben werden, was aber nur selten sinnvoll bzw. 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 sich ein Thread auch selbst starten. Der Konstruktor ruft dazu einfach die eigene start()-Methode auf:

class DateThread extends Thread {
DateThread() {
start();
}
// ... der Rest bleibt ...
}

Statt start() wurde run() aufgerufen – ja, wo laufen sie denn?

Ein Programmierfehler, der Anfängern schnell unterläuft, ist folgender: Statt start() rufen sie aus Versehen run() auf dem Thread auf. Was geschieht? Fast genau das Gleiche wie bei start(), mit dem Unterschied, dass die Objektmethode run() nicht nebenläufig 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 eben 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 egal, ob eine Klasse Runnable implementiert oder Thread erweitert, eines bleibt: eine neue Klasse.

 


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