3. Controle de Concorrencia

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Unidade 3Unidade 3

Controle de ConcorrênciaControle de Concorrência

MonitoresMonitoresLocksLocksSemáforosSemáforosConcorrência na API JavaConcorrência na API Java


Se bem utilizado, o paralelismo resulta em Se bem utilizado, o paralelismo resulta em um melhor desempenho dos programasum melhor desempenho dos programas

Mais threads Mais threads processador melhor utilizadoprocessador melhor utilizado

No entanto podem ocorrer problemas noNo entanto podem ocorrer problemas noNo entanto, podem ocorrer problemas no No entanto, podem ocorrer problemas no acesso concorrente a dados e recursosacesso concorrente a dados e recursos

Dados podem se tornar inconsistentes ao Dados podem se tornar inconsistentes ao serem acessados concorrentementeserem acessados concorrentemente(ex.: duas pessoas editando o mesmo arquivo)(ex.: duas pessoas editando o mesmo arquivo)Alguns recursos não podem ser compartilhados Alguns recursos não podem ser compartilhados (ex.: dois programas usando a impressora)(ex.: dois programas usando a impressora)


ExemploExemplo: : SuponhaSuponha queque X é um dado X é um dado compartilhadocompartilhado, , com valor com valor inicialinicial 00

PPPP PP

QualQual o valor final de X?o valor final de X?Assembly:Assembly:

PP22...X=X+2...

PP11...X=X+1...

PP33...X=X+3...

Load XAdd 1Store X

Load XAdd 2Store X

Load XAdd 3Store X


Exemplo: Conta Bancária Exemplo: Conta Bancária

PaiPai MaeMae FilhoFilho

BancoBanco

ContaConta


Exemplo: Família com conta conjuntaExemplo: Família com conta conjuntapublic class Familia {

public static void main (String args[]) {// Cria conta conjunta da famíliafinal Conta conta = new Conta(100000);

public class Familia {

public static void main (String args[]) {// Cria conta conjunta da famíliafinal Conta conta = new Conta(100000);a Co ta co ta e Co ta( 00000);

// Cria familiares e lhes informa a conta conjuntaCliente pai = new Cliente("Pai ", conta);Cliente mae = new Cliente("Mãe ", conta);Cliente filho = new Cliente("Filho ", conta);

// Inicia as threadspai.start();mae.start();filho.start();

}}

a Co ta co ta e Co ta( 00000);

// Cria familiares e lhes informa a conta conjuntaCliente pai = new Cliente("Pai ", conta);Cliente mae = new Cliente("Mãe ", conta);Cliente filho = new Cliente("Filho ", conta);

// Inicia as threadspai.start();mae.start();filho.start();

}}


Exemplo: Clientes do BancoExemplo: Clientes do Bancopublic class Cliente extends Thread {

private static Banco banco = new Banco();private Conta conta = null;private double valor = 100;

public class Cliente extends Thread {

private static Banco banco = new Banco();private Conta conta = null;private double valor = 100; p ate doub e a o 00;

public Cliente(String nome, Conta conta) {super(nome);this.conta = conta;

}

public void run() { double total = 0;while (banco.saque(conta,valor))

total += valor;System.out.println(getName() + " sacou total de R$" + total);

}}

p ate doub e a o 00;

public Cliente(String nome, Conta conta) {super(nome);this.conta = conta;

}

public void run() { double total = 0;while (banco.saque(conta,valor))

total += valor;System.out.println(getName() + " sacou total de R$" + total);

}}

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Exemplo: Classe BancoExemplo: Classe Bancopublic class Banco {

public boolean saque(Conta conta, double valor) {double saldo = conta.getSaldo();if (saldo < valor) {

public class Banco {

public boolean saque(Conta conta, double valor) {double saldo = conta.getSaldo();if (saldo < valor) {(sa do a o ) {

System.out.println("Saldo insuficiente para o saque.");return false;

}double novoSaldo = saldo - valor;System.out.println(Thread.currentThread().getName() +

" sacou R$"+valor+". Saldo após saque: R$"+novoSaldo);conta.setSaldo(novoSaldo);return true;

}}

(sa do a o ) {System.out.println("Saldo insuficiente para o saque.");return false;


" sacou R$"+valor+". Saldo após saque: R$"+novoSaldo);conta.setSaldo(novoSaldo);return true;

}}


Exemplo: Conta Bancária Exemplo: Conta Bancária public class Conta {

public double saldo = 0;

public Conta(double saldo) {this saldo saldo;

public class Conta {

public double saldo = 0;

public Conta(double saldo) {this saldo saldo;this.saldo = saldo;System.out.println("Conta criada. Saldo inicial: R$" + saldo);

}

public double getSaldo() {return saldo;

}

public void setSaldo(double saldo) {this.saldo = saldo;

}}

this.saldo = saldo;System.out.println("Conta criada. Saldo inicial: R$" + saldo);

}

public double getSaldo() {return saldo;

}

public void setSaldo(double saldo) {this.saldo = saldo;

}}


Ex.: Movimentação da Conta ConjuntaEx.: Movimentação da Conta ConjuntaConta criada. Saldo inicial: R$100000.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99900.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99800.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99700.0Pai sacou R$100 0 Saldo após o saque: R$99600 0

Conta criada. Saldo inicial: R$100000.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99900.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99800.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99700.0Pai sacou R$100 0 Saldo após o saque: R$99600 0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99600.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99500.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99400.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99300.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99200.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99100.0Mãe sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99100.0Filho sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99100.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99000.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$98900.0Mãe sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$98900.0...

Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99600.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99500.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99400.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99300.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99200.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99100.0Mãe sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99100.0Filho sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99100.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$99000.0Pai sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$98900.0Mãe sacou R$100.0. Saldo após o saque: R$98900.0...


O acesso simultâneo / concorrente à conta O acesso simultâneo / concorrente à conta pode causar inconsistências nos dadospode causar inconsistências nos dados

Caso ocorra uma troca de contexto durante a Caso ocorra uma troca de contexto durante a execução do método Banco.saque() entre a execução do método Banco.saque() entre a l d ld l ãl d ld l ãleitura do saldo e a sua atualização, e, antes leitura do saldo e a sua atualização, e, antes da finalização do saque, uma outra thread da finalização do saque, uma outra thread altere o valor do saldo, esta alteração será altere o valor do saldo, esta alteração será ignorada, pois o saldo após o saque será ignorada, pois o saldo após o saque será calculado com base no valor lido inicialmentecalculado com base no valor lido inicialmenteÉ preciso evitar que outras threads alterem o É preciso evitar que outras threads alterem o saldo desta conta enquanto um saque estiver saldo desta conta enquanto um saque estiver em andamentoem andamento


ProblemasProblemas causadoscausados pelapela concorrênciaconcorrênciaDevidoDevido a a inconsistênciasinconsistências queque podempodem ocorrerocorrercom com códigocódigo paraleloparalelo, é , é precisopreciso fazerfazer o o controlecontrolede de concorrênciaconcorrência entre entre processosprocessos e threadse threads

MecanismosMecanismos de de ControleControle de de ConcorrênciaConcorrênciaLimitamLimitam o o acessoacesso concorrenteconcorrente a dados e a dados e recursosrecursos compartilhadoscompartilhadosGarantemGarantem o o isolamentoisolamento entre entre processosprocessos e e threads threads concorrentesconcorrentesBuscamBuscam evitarevitar inconsistênciasinconsistências nosnos dados dados causadascausadas pelopelo acessoacesso concorrenteconcorrente


MecanismosMecanismos de de ControleControle de de ConcorrênciaConcorrênciadisponíveisdisponíveis emem Java:Java:

MonitorMonitor: : protegeprotege trechostrechos de de códigocódigo//métodosmétodosqueque manipulammanipulam dados/dados/recursosrecursos comparticomparti--lh dlh d d dd dlhadoslhados, , impedindoimpedindo o o acessoacesso concorrenteconcorrente;;LockLock (ou (ou MutexMutex)):: criacria umauma filafila de de acessoacesso a um a um dado/dado/recursorecurso compartilhadocompartilhado, , impedindoimpedindo o o acessoacesso concorrenteconcorrente;;SemáforoSemáforo: limita o número de usuários que : limita o número de usuários que acessam simultaneamente um recurso, criando acessam simultaneamente um recurso, criando filas de acesso se este número for excedido.filas de acesso se este número for excedido.

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MonitoresMonitores

HistóricoHistóricoProposto por Proposto por HoareHoare em 1974;em 1974;11aa implementação: Pascal Concorrente [1975];implementação: Pascal Concorrente [1975];Usado em várias linguagens, inclusive Java;Usado em várias linguagens, inclusive Java;

FuncionamentoFuncionamento“Monitora” o acesso a dados e recursos “Monitora” o acesso a dados e recursos compartilhados por processos e threads;compartilhados por processos e threads;Encapsula código que faz o acesso a dados e Encapsula código que faz o acesso a dados e recursos monitorados;recursos monitorados;Chamadas executadas com Chamadas executadas com exclusão mútuaexclusão mútua --um acesso por vez um acesso por vez -- criando uma fila de espera.criando uma fila de espera.

MonitoresMonitores

Monitores em JavaMonitores em JavaClasses e objetos podem ser bloqueados;Classes e objetos podem ser bloqueados;Monitores são definidos usando a Monitores são definidos usando a palavrapalavra--chavechave synchronizedsynchronized em blocos ou métodos;em blocos ou métodos;chave chave synchronizedsynchronized em blocos ou métodos;em blocos ou métodos;Métodos e blocos Métodos e blocos synchronizedsynchronized são são executados pela JVM com exclusão mútua;executados pela JVM com exclusão mútua;Threads que tentarem acessar um monitor Threads que tentarem acessar um monitor que esteja em uso entrarão em espera;que esteja em uso entrarão em espera;É criada uma fila de espera pelo monitor;É criada uma fila de espera pelo monitor;Threads saem da fila em ordem de Threads saem da fila em ordem de prioridade.prioridade.

MonitoresMonitores

Sincronização de BlocoSincronização de Bloco

synchronized (objeto ) {// código protegido

}

O objeto especificado na abertura do bloco é O objeto especificado na abertura do bloco é bloqueado para uso da thread corrente;bloqueado para uso da thread corrente;O código fica protegido de acesso O código fica protegido de acesso concorrente;concorrente;Qualquer outra thread que tentar bloquear o Qualquer outra thread que tentar bloquear o mesmo objeto entrará em uma fila de espera.mesmo objeto entrará em uma fila de espera.

}

MonitoresMonitores

Ex.: Saque com sincronização de blocoEx.: Saque com sincronização de blocopublic class Banco {

public boolean saque(Conta conta, double valor) {synchronized(conta) {

double saldo = conta.getSaldo();if (saldo < valor) {

System.out.println("Saldo insuficiente para o saque.");return false;


" sacou R$"+valor+". Saldo: após saque: R$"+novoSaldo);conta.setSaldo(novoSaldo);return true;

}}

}

MonitoresMonitores

Sincronização de MétodoSincronização de Método

public synchronized void metodo (int param) {// código protegido

}

O objeto usado na invocação é bloqueado O objeto usado na invocação é bloqueado para uso da thread que invocou o métodopara uso da thread que invocou o métodoSe o método for static, a classe é bloqueadaSe o método for static, a classe é bloqueadaMétodos não sincronizados e atributos ainda Métodos não sincronizados e atributos ainda podem ser acessadospodem ser acessados

}

MonitoresMonitores

Ex.: Conta com sincronização de métodoEx.: Conta com sincronização de métodopublic class Conta {

...public synchronized double getSaldo() { return this.saldo; }

public synchronized void setSaldo(double s) { this.saldo = s; }pub c sy c o ed o d setSa do(doub e s) { t s sa do s; }

public synchronized double debitarValor(double valor) {if (this.saldo < valor) {

System.out.println("Saldo insuficiente para saque.");return -1;

} else {this.saldo -= valor;return this.saldo;

}}

}

public class Banco {

public boolean saque(Conta c, double v) {double saldo = c.debitarValor(v);...

}}

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MonitoresMonitores

Java permite que sejam definidas Java permite que sejam definidas condições de acessocondições de acesso dentro de monitoresdentro de monitores

Uma thread em um monitor deve chamar o Uma thread em um monitor deve chamar o método método wait()wait() se não puder prosseguir devido se não puder prosseguir devido

l d ã á ãl d ã á ã ffa alguma condição necessária nãoa alguma condição necessária não--satisfeita; satisfeita; o acesso ao monitor é então liberado o acesso ao monitor é então liberado Sempre que uma condição de espera for Sempre que uma condição de espera for modificada, podemos notificar uma thread em modificada, podemos notificar uma thread em espera na fila escolhida aleatoriamente com o espera na fila escolhida aleatoriamente com o método método notify()notify(), ou notificar todas as threads , ou notificar todas as threads na fila chamando o método na fila chamando o método notifyAll()notifyAll()ChamáChamá--los fora do monitor resulta em exceçãolos fora do monitor resulta em exceção

MonitoresMonitores

Exemplo: Produtor, Consumidor e BufferExemplo: Produtor, Consumidor e BufferProdutor produz itens e os coloca no bufferProdutor produz itens e os coloca no bufferConsumidor retira e consome os itensConsumidor retira e consome os itens

MonitoresMonitorespublic class ProdCons { // Problema dos Produtores e Consumidores

public static java.util.Stack buffer = new java.util.Stack(); // bufferpublic static final int BUFSIZE = 5; // tamanho máximo do buffer

public static void main (String args[]) {Runnable prod = new Runnable() { // Código do Produtor

public void run() {

public class ProdCons { // Problema dos Produtores e Consumidorespublic static java.util.Stack buffer = new java.util.Stack(); // bufferpublic static final int BUFSIZE = 5; // tamanho máximo do buffer

public static void main (String args[]) {Runnable prod = new Runnable() { // Código do Produtor

public void run() {for (int i=0; i<100; i++)

synchronized(buffer) { // bloqueia acesso ao bufferif (buffer.size() >= BUFSIZE ) // se o buffer estiver cheio

try { buffer.wait(); } // aguarda lugar no buffercatch (InterruptedException e) {}

buffer.push(new Integer(i)); // põe item no bufferSystem.out.println("Produz "+i+". Total: "+buffer.size()); buffer.notify(); // avisa que item foi produzido

}}

};

for (int i=0; i<100; i++) synchronized(buffer) { // bloqueia acesso ao buffer

if (buffer.size() >= BUFSIZE ) // se o buffer estiver cheiotry { buffer.wait(); } // aguarda lugar no buffercatch (InterruptedException e) {}

buffer.push(new Integer(i)); // põe item no bufferSystem.out.println("Produz "+i+". Total: "+buffer.size()); buffer.notify(); // avisa que item foi produzido

}}

};

MonitoresMonitoresRunnable cons = new Runnable() { // Código do Consumidor

public void run() {for (int i=0; i<100; i++)

synchronized(buffer) { // bloqueia acesso ao bufferif (buffer.size() == 0) // se o buffer estiver vazio

try { buffer.wait(); } // aguarda item para consumirt h (I t t dE ti ) {}

Runnable cons = new Runnable() { // Código do Consumidorpublic void run() {

for (int i=0; i<100; i++) synchronized(buffer) { // bloqueia acesso ao buffer

if (buffer.size() == 0) // se o buffer estiver vaziotry { buffer.wait(); } // aguarda item para consumir

t h (I t t dE ti ) {}catch (InterruptedException e) {}int j = ((Integer)buffer.pop()).intValue(); // consome itemSystem.out.println("Consome "+j+". Total: "+buffer.size()); buffer.notify(); // avisa que lugar foi liberado

}}

};

new Thread (prod).start(); // Inicia o Produtornew Thread (cons).start(); // Inicia o Consumidor

}}

catch (InterruptedException e) {}int j = ((Integer)buffer.pop()).intValue(); // consome itemSystem.out.println("Consome "+j+". Total: "+buffer.size()); buffer.notify(); // avisa que lugar foi liberado

}}

};

new Thread (prod).start(); // Inicia o Produtornew Thread (cons).start(); // Inicia o Consumidor

}}

LocksLocks

Interface Interface LockLockMecanismo de exclusão mútuaMecanismo de exclusão mútuaPermite somente um acesso por vezPermite somente um acesso por vezCaso o dado/recurso esteja em uso a threadCaso o dado/recurso esteja em uso a threadCaso o dado/recurso esteja em uso, a thread Caso o dado/recurso esteja em uso, a thread que tentar bloqueáque tentar bloqueá--lo entra numa filalo entra numa fila

Principais Métodos:Principais Métodos:lock()lock(): primitiva de bloqueio; deve ser : primitiva de bloqueio; deve ser chamada antes do acesso ao dado/recursochamada antes do acesso ao dado/recursounlock()unlock() : primitiva de desbloqueio; usada : primitiva de desbloqueio; usada para liberar o acesso o dado/recursopara liberar o acesso o dado/recurso

LocksLocks

Outros métodos da interface Lock:Outros métodos da interface Lock:tryLock()tryLock(): bloqueia e retorna : bloqueia e retorna truetrue se o se o locklockestiver disponível, caso contrário retorna estiver disponível, caso contrário retorna falsefalsegetHoldCount()getHoldCount(): retorna número de threads: retorna número de threadsgetHoldCount()getHoldCount(): retorna número de threads : retorna número de threads que tentaram obter o que tentaram obter o locklock e não o liberarame não o liberaramisHeldByCurrentThread()isHeldByCurrentThread(): retorna true se a : retorna true se a thread que fez a chamada obteve o bloqueiothread que fez a chamada obteve o bloqueioisLocked()isLocked(): indica se o : indica se o locklock está bloqueadoestá bloqueadogetQueueLength()getQueueLength(): retorna o número de : retorna o número de threads que aguardam pela liberação do lockthreads que aguardam pela liberação do lock

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LocksLocks

Classe Classe ReentrantLockReentrantLockImplementa mecanismo de bloqueio exclusivoImplementa mecanismo de bloqueio exclusivoPor Por defaultdefault a retirada de threads da fila não é a retirada de threads da fila não é ordenada ou seja não há garantias de quemordenada ou seja não há garantias de quemordenada, ou seja, não há garantias de quem ordenada, ou seja, não há garantias de quem irá adquirir o irá adquirir o locklock quando este for liberadoquando este for liberadoO construtor ReentrantLock(true) cria um O construtor ReentrantLock(true) cria um locklockcom ordenação FIFO da fila, o que torna o com ordenação FIFO da fila, o que torna o acesso significativamente mais lentoacesso significativamente mais lento

LocksLocks

Ex.: Classe Conta com ReentrantLockEx.: Classe Conta com ReentrantLockimport java.util.concurrent.lock.*;

public class Conta {private double saldo = 0;private Lock lock = new ReentrantLock();p ate oc oc e ee t a t oc ();

public double getSaldo() { lock.lock();try {

return saldo;} finally {

lock.unlock();}

}

// ... idem para os demais métodos}

LocksLocks

Interface Interface ReadWriteLockReadWriteLockPossui dois Possui dois LocksLocks::

readLockreadLock()(): para acesso compartilhado de : para acesso compartilhado de threads com direito de leitura (acesso)threads com direito de leitura (acesso)writeLockwriteLock()(): para acesso exclusivo de uma : para acesso exclusivo de uma thread com direito de escrita (modificação)thread com direito de escrita (modificação)

Implementada por Implementada por ReentrantReadWriteLockReentrantReadWriteLockPor Por defaultdefault não garante a ordem de liberação não garante a ordem de liberação nem preferência entre leitores e escritoresnem preferência entre leitores e escritoresOrdenação FIFO é garantida passando o valor Ordenação FIFO é garantida passando o valor ‘‘truetrue’ para o construtor da classe’ para o construtor da classe

LocksLocks

Ex.: Conta com ReentrantReadWriteLockEx.: Conta com ReentrantReadWriteLockimport java.util.concurrent.locks.*;public class Conta {

private double saldo = 0;private ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();public double getSaldo() {public double getSaldo() {

lock.readLock().lock();try { return this.saldo; } finally { lock.readLock.unlock(); }

}public double setSaldo(double saldo) {

lock.writeLock().lock();try { this.saldo = saldo; }finally { lock.writeLock.unlock(); }

}// ... idem para debitarValor()

}

LocksLocks

Exemplo: Jantar dos FilósofosExemplo: Jantar dos Filósofos

LocksLockspublic class Filosofo extends Thread{

private static Lock garfo[] = new Lock[5];private int id = 1;

public Filosofo(int id) { super("Filosofo-"+id); this.id = id; }

public void run() {while(true) try {( ) y {

sleep((long)(Math.random()*5000)); // Pensando...garfo[id-1].lock(); // Pega garfo à sua esquerdagarfo[id%5].lock(); // Pega garfo à sua direitasleep((long)(Math.random()*5000)); // Comendo...

} catch(InterruptedException ie) {}finally {

garfo[id-1].unlock(); // Solta garfo à sua esquerdagarfo[id%5].unlock(); //Solta garfo à sua direita

}}

}

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LocksLocks

DeadlockDeadlockCaso os cinco filósofos peguem o garfo da Caso os cinco filósofos peguem o garfo da esquerda, nenhum deles conseguirá comeresquerda, nenhum deles conseguirá comerEsta situação é chamada de Esta situação é chamada de deadlockdeadlockDeadlockDeadlock ocorre quando, em um grupo de ocorre quando, em um grupo de processos/threads em espera, uma aguarda o processos/threads em espera, uma aguarda o término da outra para que possa prosseguirtérmino da outra para que possa prosseguirEm Java, as threads ficarão em espera Em Java, as threads ficarão em espera indefinidamenteindefinidamenteAlgumas linguagens/sistemas detectam o Algumas linguagens/sistemas detectam o deadlockdeadlock e reportam exceçõese reportam exceções

LocksLocks

Jantar dos filósofosJantar dos filósofosCada processo deve ter um identificador (1 a Cada processo deve ter um identificador (1 a 5)5)Os pares tentam pegar primeiro o garfo a Os pares tentam pegar primeiro o garfo a esquerdaesquerdaOs impares tentam pegar primeiro o garfo a Os impares tentam pegar primeiro o garfo a direitadireita

LocksLocks

Detecção de Detecção de DeadlockDeadlockVerificar o estado do sistema periodicamente Verificar o estado do sistema periodicamente para determinar se ocorreu para determinar se ocorreu deadlockdeadlockPrecisa saber que bloqueios estão ativosPrecisa saber que bloqueios estão ativos

isLockedisLocked()()

DeadlocksDeadlocks são detectados usando gráfico de são detectados usando gráfico de espera, no qual um ciclo indica um espera, no qual um ciclo indica um deadlockdeadlock

Gráfico sem cicloGráfico sem ciclo Gráfico com cicloGráfico com ciclo

T4 T5

T6

T1 T2

T3

LocksLocks

Recuperação de Recuperação de DeadlockDeadlockAo detectar um Ao detectar um deadlockdeadlock, deve, deve--se abortar uma se abortar uma thread/processo para quebrar o ciclo de esperathread/processo para quebrar o ciclo de esperaThread/processo abortado pode ser reiniciadoThread/processo abortado pode ser reiniciadoCritérios possíveis de escolha da vítima: Critérios possíveis de escolha da vítima:

Tempo em que iniciou o processamentoTempo em que iniciou o processamentoTempo necessário para sua conclusãoTempo necessário para sua conclusãoOperações de I/O já efetuadas ou a efetuarOperações de I/O já efetuadas ou a efetuarNúmero de abortos sofridos (para evitar que Número de abortos sofridos (para evitar que a vítima seja sempre a mesma)a vítima seja sempre a mesma)etc.etc.

LocksLocks

Locks podem ser associados a Locks podem ser associados a condições condições de acessode acesso usando a classe usando a classe ConditionCondition

Seu uso é mais flexível que em monitoresSeu uso é mais flexível que em monitoresCondição deve ser associada a um LockCondição deve ser associada a um LockççCriada com o método Criada com o método newCondition()newCondition() de Lockde LockPrincipais métodos:Principais métodos:

await()await(): aguarda condição ser alterada; : aguarda condição ser alterada; tempo limite de espera pode ser estipulado tempo limite de espera pode ser estipulado signal()signal(): sinaliza que houve alteração da : sinaliza que houve alteração da condição, tirando uma thread da filacondição, tirando uma thread da filasignalAll()signalAll(): retira todas as threads da fila: retira todas as threads da fila

LocksLockspublic class CircularBuffer implements Buffer { // © Deitel & Assoc.

private int[] buffer = { -1, -1, -1 }; // buffer com 3 lugaresprivate int occupiedBuffers = 0, writeIndex = 0, readIndex = 0; private Lock lock = new ReentrantLock(); // lock de acesso ao bufferprivate Condition canWrite = lock.newCondition(); // condição p/ lerprivate Condition canRead = lock.newCondition(); // cond. p/ escrita

public void set(int value) { // coloca um valor no buffer

public class CircularBuffer implements Buffer { // © Deitel & Assoc.private int[] buffer = { -1, -1, -1 }; // buffer com 3 lugaresprivate int occupiedBuffers = 0, writeIndex = 0, readIndex = 0; private Lock lock = new ReentrantLock(); // lock de acesso ao bufferprivate Condition canWrite = lock.newCondition(); // condição p/ lerprivate Condition canRead = lock.newCondition(); // cond. p/ escrita

public void set(int value) { // coloca um valor no bufferpublic void set(int value) { // coloca um valor no bufferlock.lock(); // bloqueia o acesso ao buffertry {

while ( occupiedBuffers == buffer.length ) // buffer cheiocanWrite.await(); // espera que haja lugar no buffer

buffer[ writeIndex ] = value; // coloca valor no bufferwriteIndex=(writeIndex+1)%buffer.length; // calc. próx. posiçãooccupiedBuffers++; // mais um lugar foi ocupadocanRead.signal(); // avisa threads esperando para ler do buffer

} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } // libera acesso ao buffer

} // fim do método set

public void set(int value) { // coloca um valor no bufferlock.lock(); // bloqueia o acesso ao buffertry {

while ( occupiedBuffers == buffer.length ) // buffer cheiocanWrite.await(); // espera que haja lugar no buffer

buffer[ writeIndex ] = value; // coloca valor no bufferwriteIndex=(writeIndex+1)%buffer.length; // calc. próx. posiçãooccupiedBuffers++; // mais um lugar foi ocupadocanRead.signal(); // avisa threads esperando para ler do buffer

} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); } // libera acesso ao buffer


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LocksLocks// Continuação da classe CircularBuffer

public int get() { // retira valor do bufferint readValue = 0; // valor que será lido do bufferlock.lock(); // bloqueia acesso ao buffertry {

while ( occupiedBuffers == 0 ) // se o buffer estiver vaziocanRead.await(); // aguarda que haja um valor para ser lido

// Continuação da classe CircularBufferpublic int get() { // retira valor do buffer

int readValue = 0; // valor que será lido do bufferlock.lock(); // bloqueia acesso ao buffertry {

while ( occupiedBuffers == 0 ) // se o buffer estiver vaziocanRead.await(); // aguarda que haja um valor para ser lidoca ead a a t(); // agua da que aja u a o pa a se do

readValue = buffer[ readIndex ]; // lê um valor do bufferreadIndex =(readIndex+1)%buffer.length; // calc. próx. posiçãooccupiedBuffers--; // um lugar foi liberadocanWrite.signal(); // avisa threads esperando para escrever

} catch ( InterruptedException e ) { e.printStackTrace(); } finally {

lock.unlock(); // libera acesso ao buffer}return readValue;

} // fim do método get} // fim da classe CircularBuffer

ca ead a a t(); // agua da que aja u a o pa a se doreadValue = buffer[ readIndex ]; // lê um valor do bufferreadIndex =(readIndex+1)%buffer.length; // calc. próx. posiçãooccupiedBuffers--; // um lugar foi liberadocanWrite.signal(); // avisa threads esperando para escrever

} catch ( InterruptedException e ) { e.printStackTrace(); } finally {

lock.unlock(); // libera acesso ao buffer}return readValue;

} // fim do método get} // fim da classe CircularBuffer

SemáforosSemáforos

Permite controlar o número de acessos Permite controlar o número de acessos simultâneos a um dado ou recursosimultâneos a um dado ou recursoMétodos da classe Métodos da classe SemaphoreSemaphore

Semaphore(int acessosSemaphore(int acessos [[, boolean ordem, boolean ordem]]))::Semaphore(int acessos Semaphore(int acessos [[, boolean ordem, boolean ordem]])): : construtor; parâmetros definem o número de construtor; parâmetros definem o número de acessos simultâneos possíveis e se a ordem de acessos simultâneos possíveis e se a ordem de liberação de threads em espera será FIFO liberação de threads em espera será FIFO acquire()acquire(): solicita acesso a um dado ou : solicita acesso a um dado ou recurso, entrando em espera se todos os recurso, entrando em espera se todos os direitos de acesso estiverem sendo usadosdireitos de acesso estiverem sendo usadosrelease()release(): libera um direito de acesso: libera um direito de acesso

SemáforosSemáforos

Exemplo: EstacionamentoExemplo: Estacionamento

SemáforosSemáforosimport java.util.concurrent.*;public class Carro extends Thread {

private static Semaphore estacionamento = new Semaphore(10,true);public Carro(String nome) { super(nome); }public void run() {

try { estacionamento acquire();

import java.util.concurrent.*;public class Carro extends Thread {

private static Semaphore estacionamento = new Semaphore(10,true);public Carro(String nome) { super(nome); }public void run() {

try { estacionamento acquire();estacionamento.acquire();System.out.println(getName() + " ocupou vaga.");sleep((long)(Math.random() * 10000));System.out.println(getName() + " liberou vaga.");estacionamento.release();

} catch(InterruptedException ie){ ie.printStackTrace(); }}public static void main(String args[]) {

for (int i = 0; i< 20; i++)new Carro("Carro #"+i).start();

}}

estacionamento.acquire();System.out.println(getName() + " ocupou vaga.");sleep((long)(Math.random() * 10000));System.out.println(getName() + " liberou vaga.");estacionamento.release();

} catch(InterruptedException ie){ ie.printStackTrace(); }}public static void main(String args[]) {

for (int i = 0; i< 20; i++)new Carro("Carro #"+i).start();

}}

Concorrência na API JavaConcorrência na API Java

Algumas classes da API Java controlam a Algumas classes da API Java controlam a concorrência internamente concorrência internamente thread safethread safe

Ex.: Ex.: VectorVector, , HashtableHashtable, ..., ...Outras classes são não fazem o controleOutras classes são não fazem o controleOutras classes são não fazem o controleOutras classes são não fazem o controle

São São thread unsafethread unsafe, ou seja, não garantem a , ou seja, não garantem a sua consistência se usadas por várias threadssua consistência se usadas por várias threadsEstas classes são em geral mais rápidas, pois Estas classes são em geral mais rápidas, pois controle de concorrência reduz o desempenhocontrole de concorrência reduz o desempenhoClasses Classes thread unsafethread unsafe devem ser protegidas devem ser protegidas se forem usadas por mais de uma threadse forem usadas por mais de uma threadEx.: componentes do Ex.: componentes do SwingSwing, , LinkedListLinkedList, ..., ...


public class SynchronizedLinkedList {public class SynchronizedLinkedList {

Para evitar acesso concorrente a classes Para evitar acesso concorrente a classes thread unsafethread unsafe, podemos criar novas , podemos criar novas classes protegidas que as encapsulemclasses protegidas que as encapsulem

LinkedList lista = new LinkedList();public synchronized void add(Object o) {

lista.add(o); }public synchronized Object get(int index) {

return lista.get(index); }// idem para os demais métodos de LinkedList

}

LinkedList lista = new LinkedList();public synchronized void add(Object o) {

lista.add(o); }public synchronized Object get(int index) {

return lista.get(index); }// idem para os demais métodos de LinkedList

}

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Vector v = new Vector();Vector v = new Vector();

Mesmo ao usar classes da API Mesmo ao usar classes da API thread safethread safe, , é preciso tomar cuidado ao utilizáé preciso tomar cuidado ao utilizá--laslas

Vector v = new Vector();Vector v = new Vector();Object o;...synchronized(v) { // Bloqueia v

// Percorre o Vetorfor (int i=0; i<v.size();i++) {

o = v.get(i); ...

}} // Libera o acesso ao Vetor

Object o;...synchronized(v) { // Bloqueia v

// Percorre o Vetorfor (int i=0; i<v.size();i++) {

o = v.get(i); ...

}} // Libera o acesso ao Vetor

Object o;...// Percorre o Vetor

for (int i=0; i<v.size();i++) {o = v.get(i); /* Pode causar

ArrayIndexOutOfBounds */...

}

Object o;...// Percorre o Vetor

for (int i=0; i<v.size();i++) {o = v.get(i); /* Pode causar

ArrayIndexOutOfBounds */...

}


Interface Interface BlockingQueue<E>BlockingQueue<E>Fornece métodos para acesso a uma fila de Fornece métodos para acesso a uma fila de elementos genérica que bloqueia automaticaelementos genérica que bloqueia automatica--mente se alguma condição impedir o acessomente se alguma condição impedir o acessoPrincipais métodos:Principais métodos:

put()put() coloca elemento na fila, aguardando coloca elemento na fila, aguardando se ela estiver cheiase ela estiver cheiatake()take() retira o elemento da fila, aguardando retira o elemento da fila, aguardando se ela estiver vaziase ela estiver vaziaremainingCapacity()remainingCapacity() informa o número de informa o número de lugares restantes na filalugares restantes na fila


Implementações de BlockingQueueImplementações de BlockingQueueArrayBlockingQueueArrayBlockingQueue: array bloqueante: array bloqueanteDelayQueueDelayQueue: fila na qual um elemento só : fila na qual um elemento só pode ser retirado após seu delay expirarpode ser retirado após seu delay expirarpode ser retirado após seu delay expirar pode ser retirado após seu delay expirar LinkedBlockingQueueLinkedBlockingQueue: fila encadeada : fila encadeada bloqueantebloqueantePriorityBlockingQueuePriorityBlockingQueue: fila bloqueante com : fila bloqueante com acesso aos elementos em ordem de prioridadeacesso aos elementos em ordem de prioridadeSynchronousQueueSynchronousQueue: cada put() é sincronizado : cada put() é sincronizado com um take()com um take()

Concorrência na API JavaConcorrência na API Javaimport java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;public class BlockingBuffer implements Buffer { // © Deitel & Assoc.

private BlockingQueue<Integer> buffer = new ArrayBlockingQueue<Integer>(3); // buffer de 3 lugares

public void set(int value) { // coloca um valor no buffertry {

buffer put(value); // coloca valor no buffer

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;public class BlockingBuffer implements Buffer { // © Deitel & Assoc.

private BlockingQueue<Integer> buffer = new ArrayBlockingQueue<Integer>(3); // buffer de 3 lugares

public void set(int value) { // coloca um valor no buffertry {

buffer put(value); // coloca valor no bufferbuffer.put(value); // coloca valor no buffer} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }


public int get() { // retira valor do bufferint readValue = 0; // valor que será lido do buffertry {

readValue = buffer.take(); // lê um valor do buffer} catch ( InterruptedException e ) { e.printStackTrace(); } return readValue;

} // fim do método get} // fim da classe BlockingBuffer

buffer.put(value); // coloca valor no buffer} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }


public int get() { // retira valor do bufferint readValue = 0; // valor que será lido do buffertry {

readValue = buffer.take(); // lê um valor do buffer} catch ( InterruptedException e ) { e.printStackTrace(); } return readValue;

} // fim do método get} // fim da classe BlockingBuffer


O pacote O pacote java.util.concurrent.atomicjava.util.concurrent.atomicfornece classes fornece classes thread safethread safe equivalentes a equivalentes a alguns tipos de dados do Java:alguns tipos de dados do Java:

AtomicBooleanAtomicBooleanAtomicBooleanAtomicBooleanAtomicIntegerAtomicInteger e e AtomicIntegerArrayAtomicIntegerArrayAtomicLongAtomicLong e e AtomicLongArrayAtomicLongArrayAtomicReferenceAtomicReference e e AtomicReferenceArrayAtomicReferenceArrayetc.etc.


Exemplos de métodos dos tipos atômicosExemplos de métodos dos tipos atômicosget()get(), , set()set(): retorna/altera valor atomicamente: retorna/altera valor atomicamentecompareAndSet()compareAndSet(): compara o valor e, caso : compara o valor e, caso seja igual o modificaseja igual o modificaseja igual, o modificaseja igual, o modificagetAndAdd()getAndAdd(): retorna valor atual e adiciona: retorna valor atual e adicionaaddAndGet()addAndGet(): adiciona e retorna novo valor: adiciona e retorna novo valorgetAndDecrement()getAndDecrement(), , getAndIncrement()getAndIncrement(): : retorna valor atual e decrementa/incrementaretorna valor atual e decrementa/incrementadecrementAndGet()decrementAndGet(), , incrementAndGet()incrementAndGet(): : decrementa/incrementa e retorna novo valordecrementa/incrementa e retorna novo valor

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Componentes Swing e ThreadsComponentes Swing e ThreadsComponentes Swing não são Componentes Swing não são thread safethread safeTornáTorná--los los thread safethread safe reduziria o desempenhoreduziria o desempenhoTodas as alterações em componentes devem Todas as alterações em componentes devem ç pç pser efetuadas pela thread de despacho de ser efetuadas pela thread de despacho de eventos, ou podem ocorrer inconsistênciaseventos, ou podem ocorrer inconsistênciasAlterações são agendadas para serem Alterações são agendadas para serem executadas pela thread de despacho usando o executadas pela thread de despacho usando o método método SwingUtilities.invokeLater(Runnable r)SwingUtilities.invokeLater(Runnable r)

Alterações em componentes devem estar no Alterações em componentes devem estar no código do método run() do Runnablecódigo do método run() do Runnable


...private static java.util.Random generator = new Random(); private javax.swing.JLabel output = new javax.swing.JLabel(); final String threadName = Thread.currentThread().getName();...// G t l t i t d i t t l

...private static java.util.Random generator = new Random(); private javax.swing.JLabel output = new javax.swing.JLabel(); final String threadName = Thread.currentThread().getName();...// G t l t i t d i t t l

Ex.: Acesso a componentes Swing em threadsEx.: Acesso a componentes Swing em threads

// Gera um caractere aleatoriamente e depois mostra na telajavax.swing.SwingUtilities.invokeLater(

new Runnable() {public void run() {

// gera caractere aleatóriochar displayChar = (char) (generator.nextInt(26) + 'A');// mostra o caractere no JLabel outputoutput.setText( threadName + ": " + displayChar );

} // fim do método run} // fim da classe interna anônima

); // fim da chamada a SwingUtilities.invokeLater...

// Gera um caractere aleatoriamente e depois mostra na telajavax.swing.SwingUtilities.invokeLater(

new Runnable() {public void run() {

// gera caractere aleatóriochar displayChar = (char) (generator.nextInt(26) + 'A');// mostra o caractere no JLabel outputoutput.setText( threadName + ": " + displayChar );

} // fim do método run} // fim da classe interna anônima

); // fim da chamada a SwingUtilities.invokeLater...

3. Controle de Concorrencia

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