Философия Java3

Использование каналов для ввода/вывода между потоками

Часто бывает полезно организовать взаимодействие потоков посредством механизмов ввода/вывода. Библиотеки потоков могут предоставлять поддержку ввода/вывода между потоками в форме каналов (pipes). Последние представлены в стандартной библиотеке ввода/вывода Java классами PipedWriter (позволяет потоку записывать в канал) и PipedReader (предоставляет возможность другому потоку считывать из того же канала).

Простой пример взаимодействия двух потоков через канал:

//• concurrency/PipedlO.java

// Использование каналов для ввода/вывода между потоками

import java.util.concurrent.*;

import java.io.*;

import java.util.*;

import static net.mindview.util.Print.*;

class Sender implements Runnable {

private Random rand = new Random(47); private PipedWriter out = new PipedWriterO; pubTic PipedWriter getPipedWriterO { return out, } public void run() { try {

while(true)

for(char с = 'А'; с <= 'z'; С++) { out write(c);

TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextlnt(500));

}

} catch(IOException e) {

print(e + " Sender write exception"); } catch(InterruptedException e) {

print(e + " Sender sleep interrupted");

}

}

class Receiver implements Runnable { private PipedReader in;

public Receiver(Sender sender) throws IOException {

in = new PipedReader(sender.getPipedWriterO).

}

public void run() { try {

while(true) {

// Блокируется до появления следующего символа, printnb("Read- " + (char)in.readO + ");

}

} catch(IOException e) {

print(e + " Receiver read exception");

public class PipedIO {

public static void main(String[] args) throws Exception { Sender sender = new SenderO; Receiver receiver = new Receiver(sender); ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool0; exec.execute(sender); exec.execute(receiver); TimeUnit.SECONDS.sleep(4); exec.shutdownNowO;

}

} /* Output:

Read: A, Read: B. Read: C. Read: D, Read- E, Read. F, Read: G, Read: H, Read: I. Read: J. Read: K, Read: L, Read: M, java.lang.InterruptedException: sleep interrupted Sender sleep interrupted

java.io.InterruptedlOException Receiver read exception *///:-

Классы Sender и Receiver представляют задачи, которые должны взаимодействовать друг с другом. В классе Sender создается канал PipedWriter, существующий как автономный объект, однако при создании канала PipedReader в классе Receiver конструктору необходимо передать ссылку на PipedWriter. Sender записывает данные в канал Writer и бездействует в течение случайно выбранного промежутка времени. Класс Receiver не содержит вызовов sleep() или wait(), но при проведении чтения методом read() он автоматически блокируется при отсутствии данных.

Заметьте, что потоки sender и receiver запускаются из main() после того, как объекты были полностью сконструированы. Если запускать не полностью сконструированные объекты, каналы на различных платформах могут демонстрировать несогласованное поведение.

Взаимная блокировка

Итак, потоки способны перейти в блокированное состояние, а объекты могут обладать синхронизированными методами, которые запрещают использование объекта до тех пор, пока не будет снята блокировка. Возможна ситуация, в которой один поток ожидает другой поток, тот, в свою очередь, ждет освобождения еще одного потока и т. д., пока эта цепочка не замыкается на поток, который ожидает освобождения первого потока. Получается замкнутый круг потоков, которые дожидаются освобождения друг друга, и никто не может двинуться первым. Такая ситуация называется взаимной блокировкой (deadlock) (или «клинчем». — Примеч. ред.).

Если вы запускаете программу и в ней незамедлительно возникает взаимная блокировка, проблему удается немедленно отследить. По-настоящему неприятна ситуация, когда ваша программа по всем признакам работает прекрасно, но тем не менее в какой-то момент входит во взаимную блокировку. Такая опасность незаметно присутствует в программе, пока нежданно-негаданно не проявится у заказчика (и, скорее всего, легко воспроизвести эту ситуацию вам не удастся). Таким образом, тщательное проектирование программы с целью предотвращения взаимных блокировок — важнейшая часть разработки параллельных программ.

Классический пример взаимной блокировки, предложенный Эдгаром Дейк-строй — задача об обедающих философах. В стандартной формулировке говорится о пяти философах, но, как будет показано далее, допустимо любое количество. Часть времени философы проводят размышляя, часть времени проводят за едой. Когда они размышляют, то не нуждаются в общих ресурсах, но во время обеда они сидят за круглым столом с ограниченным количеством столовых приборов. В описании оригинальной задачи философы пользуются вилками, и, чтобы набрать спагетти из миски в центре стола, им требуются две вилки. Наверное, задача будет выглядеть более логично, если заменить вилки палочками для еды — очевидно, что каждому философу понадобятся две палочки.