Java: руководство для начинающих (ЛП)

Различают две разновидности многозадачности: на основе процессов и на основе потоков. В связи с этим важно понимать отличия между ними. Процесс фактически представляет собой исполняемую программу. Поэтому многозадачность на основе процессов — это средство, благодаря которому на компьютере могут параллельно выполняться две программы или более. Так, многозадачность на основе процессов позволяет одновременно выполнять программы текстового редактора, электронных таблиц и просмотра содержимого в Интернете. При организации многозадачности на основе процессов программа является наименьшей единицей кода, выполнение которой может координировать планировщик задач.

Поток представляет собой координируемую единицу исполняемого кода. Своим происхождением этот термин обязан понятию “поток исполнения”. При организации многозадачности на основе потоков у каждого процесса должен быть по крайней мере один поток, хотя их может быть и больше. Это означает, что в одной программе одновременно можно решать две и более задачи. Например, текст может форматироваться в редакторе текста одновременно с его выводом на печать, при условии, что оба эти действия выполняются в двух отдельных потоках. Несмотря на то что программы на Java выполняются в среде, поддерживающей многозадачность на основе процессов, в самих программах управлять процессами нельзя. В них можно управлять только потоками.

Главное преимущество многопоточной обработки заключается в том, что она позволяет писать программы, которые работают очень эффективно благодаря возможности выгодно использовать время простоя, неизбежно возникающее в ходе выполнения большинства программ. Как известно, большинство устройств ввода-вывода, будь то устройства, подключенные к сетевым портам, накопители на дисках или клавиатура, работают намного медленнее, чем центральный процессор (ЦП). Поэтому большую часть своего времени программе приходится ожидать отправки данных на устройство ввода-вывода или приема информации из него. А благодаря многопоточной обработке программа может решать какую-нибудь другую задачу во время вынужденного простоя. Например, в то время как одна часть программы отправляет файл через соединение с Интернетом, другая ее часть может выполнять чтение текстовой информации, вводимой с клавиатуры, а третья — осуществлять буферизацию очередного блока отправляемых данных.

Как известно, за последние несколько лет широкое распространение нашли многопроцессорные или многоядерные вычислительные системы, хотя по-прежнему повсеместно используются и однопроцессорные системы. В этой связи следует иметь в виду, что языковые средства организации многопоточной обработки в Java пригодны для обеих разновидностей вычислительных систем. В одноядерной системе параллельно выполняющиеся потоки разделяют ресурсы одного ЦП, получая по очереди квант времени ЦП. Поэтому в одноядерной системе два или более потока на самом деле не выполняются параллельно, а лишь используют время простоя ЦП. С другой стороны, в многопроцессорных или многоядерных системах два потока или более могут выполняться параллельно. Это, как правило, позволяет повысить производительность программ и скорость выполнения отдельных операций.

Поток может находиться в одном из нескольких состояний. В целом поток может быть выполняющимся; готовым к выполнению, как только он получит время и ресурсы ЦП; приостановленным, т.е. временно не выполняющимся; возобновленным в дальнейшем; заблокированным в ожидании ресурсов для своего выполнения; а также завершенным, когда его выполнение окончено и не может быть возобновлено.

В связи с организацией многозадачности на основе потоков возникает потребность в особого рода режиме, который называется синхронизацией и позволяет координировать выполнение потоков вполне определенным образом. Для такой синхронизации в Java предусмотрена отдельная подсистема, основные средства которой рассматриваются в этой главе.

Если вы пишете программы для таких операционных систем, как Windows, то принципы многопоточного программирования вам должны быть уже знакомы. Но то обстоятельство, что в Java имеются языковые средства для поддержки потоков, упрощает организацию многопоточной обработки, поскольку избавляет от необходимости реализовывать ее во всех деталях. Класс Thread и интерфейс Runnable

В основу системы многопоточной обработки в Java положены класс Thread и интерфейс Runnable, входящие в пакет java. lang. Класс Thread инкапсулирует поток исполнения. Для того чтобы образовать новый поток, нужно создать класс, являющийся подклассом Thread или реализующий интерфейс Runnable.