{"id":6858,"date":"2015-12-27T08:24:04","date_gmt":"2015-12-27T07:24:04","guid":{"rendered":"https:\/\/www.herr-rau.de\/wordpress\/?p=6858"},"modified":"2023-05-30T10:50:00","modified_gmt":"2023-05-30T08:50:00","slug":"threads-ii-java-und-ein-wenig-nebenlaeufigkeit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.herr-rau.de\/wordpress\/2015\/12\/threads-ii-java-und-ein-wenig-nebenlaeufigkeit.htm","title":{"rendered":"Threads II – Java und ein wenig Nebenl\u00e4ufigkeit"},"content":{"rendered":"
(1 Kommentare.<\/a>)<\/small> <\/div>\n

(Fortsetzung von hier.<\/a>) Stehengeblieben waren wir bei einer Klasse Toilettenbenutzer (eine Unterklasse von Thread), deren Objekte in einer Schleife immer und immer wieder auf die Toilette gehen. Und weil es Threads sind, k\u00f6nnen die das alle gleichzeitig und unabh\u00e4ngig von einander. Schwierig wird es nur, wenn alle dieselbe Toilette benutzen sollen, und das m\u00f6glichst nicht gleichzeitig, sondern nacheinander…<\/p>\n\n\n\n

Nebenl\u00e4ufigkeit: Die Notwendigkeit f\u00fcr Synchronisation<\/h3>\n\n\n\n

Wenn alle nur eine<\/em> Toilette benutzen sollen, dann brauchen wir erst einmal eine solche Toilette:<\/p>\n\n\n\n

public class Toilette {   \n  public void benutzen(Toilettenbenutzer t) {\n    System.out.println(t.getName()+\" betritt Toilette.\");\n    System.out.println(t.getName()+\" benutzt Toilette.\");\n    System.out.println(t.getName()+\" spuelt.\");\n    System.out.println(t.getName()+\" waescht Haende.\");\n    System.out.println(t.getName()+\" verlaesst Toilette.\");\n    System.out.println();\n  }    \n}<\/code><\/pre>\n\n\n\n
Die Toilette hat eine Methode benutzen<\/code>, der als Argument ein Toilettenbenutzer \u00fcbergeben wird – eigentlich nur deshalb, damit wir seinen Namen erfragen und ausgeben k\u00f6nnnen, wer jetzt im Moment gerade die Toilette benutzt. Wir m\u00fcssen jetzt nur noch unsere Toilettenbenutzer anpassen, damit die auch wirklich die Toilette benutzen. Dazu kriegen sie ein Referenzattribut vom Typ Toilette, das im Konstruktor gleich belegt wird:<\/p>\n\n\n\n
public class Toilettenbenutzer extends Thread {\n  Toilette toilette;\n  int anzahl = 0;\n  public Toilettenbenutzer(Toilette t) {\n    toilette = t;\n  }\n  public void run() {\n    while (anzahl < 20) {\n      toilette.benutzen(this);  \/\/\"this\" bezieht sich auf das aktuelle Objekt\n      anzahl = anzahl + 1;\n      try {\n        sleep( (int) Math.random()*1000+500 );\n      } catch (Exception e) { System.out.println(e); }\n    }\n  }\n}<\/code><\/pre>\n\n\n\n
(Nat\u00fcrlich m\u00fcssen wir auch im Starter eine Toilette anlegen und den Konstruktoren \u00fcbergeben.)<\/p>\n\n\n\n
Wenn wir jetzt mit unserem Starter-Objekt eine Reihe von Toilettenbenutzer-Threads anlegen und starten, dann wird das ein heilloses Durcheinander:<\/p>\n\n\n\n
Thread-2 betritt Toilette.\nThread-2 benutzt Toilette.\nThread-5 betritt Toilette.\nThread-3 betritt Toilette.\nThread-4 betritt Toilette.\nThread-3 benutzt Toilette.\nThread-5 benutzt Toilette.\nThread-5 spuelt.\nThread-5 waescht Haende.\nThread-5 verlaesst Toilette.\nThread-2 spuelt.\n\nThread-3 spuelt.\nThread-4 benutzt Toilette.\nThread-3 waescht Haende.\nThread-2 waescht Haende.\nThread-3 verlaesst Toilette.<\/code><\/pre>\n\n\n\n
Wir m\u00fcssen irgendwie sicherstellen, dass nur einer auf einmal die Toilette benutzen kann. Solche W\u00fcnsche gibt es viele: Beim Durchf\u00fchren von Kontotransaktionen, beim Buchen von Reisen, beim \u00d6ffnen und Schreiben auf Dokumenten m\u00f6chten wir h\u00e4ufig, dass nur einer gleichzeitig heran darf. Der gemeinsam genutzte und zu beobachtende Bereich hei\u00dft kritischer Bereich<\/strong>. Wenn es solche Bereiche gibt, wenn sich also parallele Prozesse absprechen m\u00fcssen, spricht man von Nebenl\u00e4ufigkeit.<\/strong><\/p>\n\n\n\n
L\u00f6sungsversuch: Semaphore<\/h3>\n\n\n\n
Ein Semaphor ist ein Zeichen, das etwa vor einer kritischen Eisenbahnstrecke signalisiert, ob sie gerade befahren werden kann oder nicht. Oder eben ein Besetztzeichen bei einer Toilette. Man sollte meinen, dass man sich so etwas einfach selber programmieren kann:<\/p>\n\n\n\n
public class Toilette {   \n  int anzahlBenutzer = 0;\n  public void benutzen(Toilettenbenutzer t) {\n    while (anzahlBenutzer>0) {\n      \/\/t muss halt warten\n    }\n    anzahlBenutzer = anzahlBenutzer+1;\n    System.out.println(t.getName()+\" betritt Toilette.\");\n    System.out.println(t.getName()+\" benutzt Toilette.\");\n    System.out.println(t.getName()+\" spuelt.\");\n    System.out.println(t.getName()+\" waescht Haende.\");\n    System.out.println(t.getName()+\" verlaesst Toilette.\");\n    System.out.println();\n    anzahlBenutzer = anzahlBenutzer-1;\n  }\n}<\/code><\/pre>\n\n\n\n
Neu ist das Attribut anzahlBenutzer<\/code>, initialisiert mit dem Wert 0. Das ist unser Besetztzeichen: Wenn die Anzahl 0 ist, ist die Toilette frei, wenn die Anzahl 1 ist, ist sie besetzt. (Das k\u00f6nnte man auch mit einem Booleschen Attribut machen, aber so l\u00e4sst sich das sp\u00e4ter leichter erweitern, wenn man einen kritischen Bereich hat, der von zwei oder mehre Threads auf einmal betreten werden darf, aber nicht beliebig vielen.)<\/p>\n\n\n\n
Wenn ein Thread die benutzen<\/code>-Methode aufruft, und die Toilette ist besetzt, dann landet er in einer Warteschleife (Zeilen 4-6). Aus der kommt er erst wieder heraus, wenn die Anzahl der Benutzer wieder auf 0 ist. Dann, also ab Zeile 7, wird das Warnsignal um 1 erh\u00f6ht, das Gesch\u00e4ft verrichtet, und am Ende wird das Warnsignal wieder um 1 vermindert, hat also wieder den Wert 0.<\/p>\n\n\n\n
Leider funktioniert das aber nicht. Also, wenn man Gl\u00fcck hat, dann schon. Aber wenn man Pech hat, dann fragt Thread 1 gerade, ob die Toilette frei ist und kriegt ein Ja. Und bevor Thread 1 dann den Semaphor auf besetzt schalten kann, fragt Thread 2 an, ob die Toilette frei ist, und kriegt ebenfalls ein Ja. Schon haben wir den Salat. Dazu kommt noch, dass dann m\u00f6glicherweise der eine Thread gerade die Anzahl um 1 erh\u00f6ht und der andere Thread mittenreingr\u00e4tscht und deshalb eine falsche Anzahl gespeichert wird.<\/p>\n\n\n\n
Wenn man zum Beispiel vier der Toilettenbenutzer oben und eine Toilette anlegt und die Toilettenbenutzer startet, dann gibt es folgende M\u00f6glichkeiten:<\/p>\n\n\n\n