Matura: Softwareentwicklung & Informationssysteme

3.3. Threads und Synchronisierung

Synchronized

• Java verwendet die Methode synchronized(), um einen Monitor zu erstellen
• Jedes Objekt kann als Monitor dienen
• Ein Monitor verwendet eine Funktion, die mit einem bestimmten Datenelement/Variable als Sperre verbunden ist.
• Wenn ein Thread versucht, auf diese Daten zuzugreifen und sie zu ändern, schränkt der Monitor diesen Prozess ein und hält ihn fest, bis der aktuelle Thread seine Ausführung beendet hat.
• Bsp.:

synchronized void showMsg(String  msg){ //synchronized method  
    for (int i=1; i<=5; i++) {  
        System.out.println(msg);  
        try {  
            Thread.sleep(500);  
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }  
    }  
}  

https://www.delftstack.com/howto/java/monitor-in-java/

Locks

• flexiblerer und ausgefeilterer Thread-Synchronisierungsmechanismus als der synchronisierte Block
• Die Lock-API bietet eine Methode lockInterruptibly(), mit der der Thread unterbrochen werden kann, wenn er auf die Sperre wartet
• Eine gesperrte Instanz sollte immer entsperrt werden, um Deadlocks zu vermeiden.
• Locks sollten einen try/catch- und einen finally-Block enthalten.
• Bsp.:

Lock lock = ...; 
lock.lock();
try {
    // access to the shared resource
} finally {
    lock.unlock();
}

ReentrantLock

• Standardklasse für Verwendung von Locks
• Bsp.:

public class SharedObject {
    //...
    ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    int counter = 0;

    public void perform() {
        lock.lock();
        try {
            // Critical section here
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    //...

Synchronized Collections

• Thread-Safe Collections
  • synchronizedCollection()
  • synchronizedList()
  • synchronizedMap()
  • synchronizedSortedMap()
  • synchronizedSet()
  • synchronizedSortedSet()
• Verwendung:

Collection<Integer> syncCollection = Collections.synchronizedCollection(new ArrayList<>());

ConcurrentCollections

• BlockingQueue
• ConcurrentMap
  • Standardimplementierung: ConcurrentHashMap
• ConcurrentNavigableMap
  • Standardimplementierung: ConcurrentSkipListMap

Unterschied Concurrent/Synchornized Collections

• Collections.synchronizedCollection() sollte verwendet werden, wenn Konsistenz am wichtigsten ist
  • Das gesamte Objekt wird für Lese- und Schreiboperationen gelockt
• ConcurrentCollections sollten verwendet werden, wenn die Performance am wichtigsten ist
  • Die Collection wird in Segmente geteilt und sie können einzeln gelockt werden, um mehrere Veränderungen auf einmal durchzuführen

Semaphoren

• Verwendet um die Anzahl der gleichzeitigen Threads, die auf eine bestimmte Ressource zugreifen, zu begrenzen
• Bsp.: Semaphoren Beispiel