Приложение 4. Нити процессов

Работу многозадачной системы можно упростить и ускорить, если разрешить взаимодействующим процессам работать в одном адресном пространстве. Такие процессы называются threads. В русской литературе предлагаются различные переводы этого слова. Буквальный перевод -- "нить". Часто переводят thread как "поток" или "подпроцесс".

Создание потоков и управление ими -- это дело операционной системы, но в язык Java введены средства для выполнения этих действий. Поскольку программы, написанные на Java, должны работать во всех операционных системах, эти средства позволяют выполнять только самые общие действия.

Когда операционная система запускает виртуальную машину Java для выполнения приложения, она создает один процесс с несколькими потоками. Главный (main) поток выполняет байт-коды программы, а именно, он сразу же обращается к методу main() приложения. Этот поток может породить новые потоки, которые, в свою очередь, способны породить потоки и т. д. Главным потоком аплета является один из потоков браузера, в котором аплет выполняется. Главный поток не играет никакой особой роли, просто он создается первым.

Поток в Java создается и управляется методами класса Thread. После создания объекта этого класса одним из его конструкторов новый поток запускается методом start().

Получить ссылку на текущий поток можно статическим методом

Thread.currentThread();

Класс Thread реализует интерфейс Runnable. Этот интерфейс описывает только один метод run(). Новый поток будет выполнять то, что записано в этом методе. Впрочем, класс Thread содержит только пустую реализацию метода run(), поэтому класс Thread не используется сам по себе, он всегда расширяется. При его расширении метод run() переопределяется.

Метод run() не содержит аргументов, т. к. некому передавать их значения в метод. Он не возвращает значения, его некуда передавать. К методу run() нельзя обратиться из программы, это всегда делается автоматически исполняющей системой Java при запуске нового потока методом start ().

Итак, задать действия создаваемого потока можно двумя способами: расширить класс Thread или реализовать интерфейс Runnable. Первый способ позволяет использовать методы класса Thread для управления потоком. Второй способ применяется в тех случаях, когда надо только реализовать метод run(), или класс, создающий поток, уже расширяет какой-то другой класс.

Посмотрим, какие конструкторы и методы содержит класс Thread.

· Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name) -- создает подпроцесс с именем name, принадлежащий группе group и выполняющий метод run() объекта target. Это основной конструктор, все остальные обращаются к нему с тем или иным параметром, равным null;

· Thread() -- создаваемый поток будет выполнять свой метод run();

· Thread(Runnable target);

· Thread(Runnable target, String name);

· Thread(String name);

· Thread(ThreadGroup group, Runnable target);

· Thread(ThreadGroup group, String name).

Имя потока name не имеет никакого значения, оно не используется, виртуальной машиной Java и применяется только для различения потоков в программе.

После создания потока его надо запустить методом start(). Виртуальная машина Java начнет выполнять метод run() этого объекта-потока.

Поток завершит работу после выполнения метода run(). Для уничтожения объекта-потока вслед за этим он должен присвоить значение null.

Выполняющийся поток можно приостановить статическим методом sleep(long ms) на ms миллисекунд. Если вычислительная система может отсчитывать наносекунды, то можно приостановить поток с точностью до наносекунд методом sleep(long ms, int nanosec).

В примере 4 класс TwoThreads реализует интерфейс Runnable. Здесь нельзя использовать методы класса Thread, но зато класс TwoThreads3 может быть расширением другого класса. Например, можно сделать его аплетом, расширив класс Applet или JApplet.

Пример 4. Реализация интерфейса Runnable

class TwoThreads3 implements Runnable{

private String msg;

TwoThreads3(String s){ msg = s; }

public void run(){

for(int i = 0; i < 20; i++){

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException ie){}

System.out.print(msg + " ");

}

System.out.println("End of thread.");

}

public static void main (String[] args){

new Thread(new TwoThreads3("PING"), "Thread 1").start ();

new Thread(new TwoThreads3("pong"), "Thread 2").start ();

System.out.println();

}

}

Чаще всего в новом потоке задаются бесконечные действия, выполняющиеся на фоне основных действий: проигрывается музыка, на экране вращается анимированный логотип фирмы, бежит строка. Для реализации такого потока в методе run() задается бесконечный цикл, останавливаемый после того, как объект-поток получит значение null.

В примере 5 показан другой вариант той же самой программы, в которой метод run() выполняется до тех пор, пока текущий объект-поток th совпадает с объектом go, запустившим текущий поток. Для прекращения его выполнения предусмотрен метод stop(), к которому обращается главный поток. Это стандартная конструкция, рекомендуемая документацией J2SDK. Главный поток в данном примере только создает объекты-потоки, ждет одну секунду и останавливает их.

Пример 5. Прекращение работы потоков

class TwoThreads implements Runnable{

private String msg;

private Thread go;

TwoThreads(String s){

msg = s;

go = new Thread(this);

go.start();

}

public void run(){

Thread th = Thread.currentThread();

while(go == th){

try{

Thread.sleep(100);

}

catch(InterruptedException ie){}

System.out.print(msg + " ");

}

System.out.println("End of thread.");

}

public void stop(){go = null;}

public static void main(String[] args){

TwoThreads thl = new TwoThreads ("PING");

TwoThreads th2 = new TwoThreads ("pong");

try{

Thread.sleep(1000);

}

catch(InterruptedException ie){}

thl.stop(); th2.stop();

System.out.printlnf);

}

}

Возможность создания многопоточных программ заложена в язык Java с самого его создания. В каждом объекте есть три метода wait() и один метод notify(), позволяющие приостановить работу потока с этим объектом, позволить другому потоку поработать с объектом, а затем уведомить (notify) первый поток о возможности продолжения работы. Эти методы определены прямо в классе Object и наследуются всеми классами.

С каждым объектом связано множество потоков, ожидающих доступа к объекту (wait set). Вначале этот "зал ожидания" пуст.

Основной метод wait(long millisec) приостанавливает текущий поток this, работающий с объектом, на millisec миллисекунд и переводит его в "зал ожидания", в множество ожидающих потоков. Обращение к этому методу допускается только в синхронизированном блоке или методе, чтобы быть уверенными в том, что с объектом работает только один поток. По истечении millisec или после того, как объект получит уведомление методом notify(), поток готов возобновить работу. Если аргумент millisec равен 0, то время ожидания не определено и возобновление работы потока возможно только после того, как объект получит уведомление методом notify().

Отличие данного метода от метода sleep() в том, что метод wait() снимает блокировку с объекта. С объектом может работать один из потоков из "зала ожидания", обычно тот, который ждал дольше всех, хотя это не гарантируется спецификацией JLS.

Второй метод wait() эквивалентен wait(0). Третий метод wait (long millisec, int nanosec) уточняет задержку на nanosec наносекунд, если их сумеет отсчитать операционная система.

Метод notify() выводит из "зала ожидания" только один, произвольно выбранный поток. Метод notifyAll() выводит из состояния ожидания все потоки. Эти методы тоже должны выполняться в синхронизированном блоке или методе.

Приложение 6. Пример программы «Бегущая строка»

Приведем пример аплета, реализующего прокручивающуюся строку. В отличие от тега языка Microsoft DHTML marquee, Java программа может быть легко модифицирована в зависимости от требований Web дизайнера. Параметры в этот аплет можно передавать из языка HTML.

// Файл AppletThread.java -- Аплет, прокручивающий информационную строку

import java.awt.*;

// Основной класс аплета, реализующий нить процесса

public class AppletThread extends java.applet.Applet implements Runnable{

String s; // прокручивающаяся строка

Thread thread; // ссылка на нить процесса аплета

public void init(){

// Создаем и стартуем нить процесса текущего аплета

thread = new Thread(this);

thread.start();

// Получаем из HTML страницы строку для прокрутки

s = getParameter("Marquee");

}

public void run(){

// Бесконечно прокручиваем полученную строку

for (;;){

char c; // вспомогательная переменная

try{

// Принудительно вызываем метод paint

repaint();

// Ждем 0.3 секунды

Thread.sleep(300);

// Алгоритм для прокрутки строки:

//1. Выбираем первый символ текущей строки

c = s.charAt(0);

//2. Смещаем текущую строку на один символ вперед

s = s.substring(1, s.length());

//3. В конец смещенной строки записываем из буферной переменной первый символ

s += c;

}

catch (InterruptedException e){}

}//конец цикла for (;;)

}//конец run()

public void destroy(){

// При завершении аплета “обнуляем” нить процесса

if (thread != null){thread = null;}

}

public void paint(Graphics g){

// Рисуем полученную строку в графическом контексте аплета

g.drawString(s, 10, 20);

}

}

Создадим соответствующий HTML файл.

<!-- Файл AppletThread.html >

<!-- Аплет, прокручивающий в броузере информационную строку >

<applet code=AppletThread width=100 height=40>

<param name="Marquee" value="Hello, Thread!">

</applet>

Обратите внимание на следующее важное обстоятельство. Мы не можем обратиться прямо к методу paint() для перерисовки окна компонента, потому что выполнение этого метода связано с операционной системой -- метод paint() выполняется автоматически при каждом изменении содержимого окна, его перемещении и изменении размеров. Для запроса на перерисовку окна в классе Component есть метод repaint().

Метод repaint() ждет, когда представится возможность перерисовать окно, и потом обращается к методу update(Graphics g). При этом нескольку обращений к repaint() могут быть произведены исполняющей системой Java за один раз.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5