Fronty (Queue) v JDK 1.5 (1.6) Java.vse.cz

Transkript

1 Fronty (Queue) v JDK 1.5 (1.6) Java.vse.cz

2 java.util.concurrent java.util.concurrent.atomic java.util.concurrent.locks Knihovny, které jsou nepostradatelné Ve verzi 1.5 jazyka Java byly přidány nové třídy pro konkurenční programování, které vycházejí z myšlenek Douga Leaho (kniha Concurrent Programming in Java). Obsahují tři hlavní balíčky: java.util.concurrent Obsahuje prostředky pro vytváření poolů (Executor, Callable, Future) včetně implementace jednoduchého ThreadPoolu, dále implementace konkurenčních front, map, množin a seznamů (poskytují vyšší výkon při konkurenčním přístupu), podpora pro časování s jemnou granularitou a nové synchronizační prostředky (Semaphore, Exchange a podobně). java.util.concurrent.atomic Jednoduché proměnné s atomickým přístupem (AtomicBoolean, AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference, AtomicIntegerArray, AtomicLongArray, AtomicReferenceArray ) java.util.concurrent.locks Sada rozhraní pro lepší práci se zámky: Lock, ReadWriteLock, Condition. Od verze 1.5 Nový balíček java.util.concurrent Tento balíček obsahuje třídy pro bezpečnou a pohodlnou práci v prostředí multithread(více vláknových) aplikací Implementována bez významného použití synchronized sekcí=> nedochází k tomu, že by vlákna zbytečně stály a nebo čekaly na zámek Od Javy 5.0 je totiž možné využít neblokující algoritmy.

3 Třída BlockingQueue Součastí java.util.concurrent Dědí z tříd: java.until.queue a java.util.collection využívá implementace tříd java.util.concurrent umožňuje čekat na položku (např: podle priority, nebo časového intervalu) Toto je zajištěno pomocí těchto implementací: LinkedBlockingQueue ArrayBlockingQueue SynchronousQueue PriorityBlockingQueue DelayQueue Příklad instance BlockingQueue q = new SynchronousQueue(); Popis jednotlivých implementací LinkedBlockingQueue - neomezená délka fronty PriorityBlockingQueue - přerovnává položky dle priority ArrayBlockingQueue - pevná délka fronty, o to efektivnější SynchronousQueue - fronta nulové délky, nikdy neobsahuje žádnou položku, k výměně jedné položky se musí sejít producent i konzument, přijde-li dříve producent, čeká na konzumenta a naopak DelayQueue - položky přerovnává podle jejich timeoutu, ven je pustí až timeout doběhne, metoda size() sice může vrátit nějaké číslo, jakožto počet položek, ale neznamená to že už vypršel timeout a jsou tedy k dispozici). Některé Metody Třídy BlockingQueue put(e e ) - vloží určitou položku do fronty a nebo čeká dokud se neuvolní místo take() vrací a maže aktuálně vybranou položku a nebo čeká až bude daná položka dostupná offer(e e, long timeout, TimeUnit unit ) nastavení časového intervalu, za jak dlouho bude daná položka dostupná pro přidání do fronty poll(long timeout, TimeUnit unit ) nastavení časového intervalu, za jak dlouho bude daná položka dostupná pro odebrání z fronty add(e e) umožňuje přidat danou položku do fronty pokud je to možné a pokud ne vyhodí vyjimku (IllegalStateException) remove(object o) vymaže jednu instanci z fronty

4 Dále například metody(které pochází už z dané implementace): size() velikost fronty clear() smaže vše ve frontě Další metody zděděné z java.util.queue: element, peek, poll, remove Výkonnostní srovnání Způsob Testování public static void testarraylist(){ System.out.println("Arraylist:"); List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>()); //vkladani long caspred = System.nanoTime(); synchronized(list) { for(integer i = 0;i<100000;i++){ list.add(i.tostring()); long caspo = System.nanoTime(); System.out.println((casPo-casPred)); //hledani long caspredhledanim = System.nanoTime(); if(list.contains("0")){ long caspohledani = System.nanoTime(); System.out.println( (caspohledani-caspredhledanim)); if(list.contains("49999")){ long caspohledani = System.nanoTime(); System.out.println((casPoHledani-casPredHledanim)); if(list.contains("99999")){ long caspohledani = System.nanoTime(); System.out.println((casPoHledani-casPredHledanim) );

5 Výsledky Arraylist HashSet LinkedList ArrayBlockingQueue-FIFO Vkládání Hledání 1. prvku Hledání středního prvku Hledání posledního prvku ArrayBlockingQueue ConcurrentLinkedQueue LinkedBlockingQueue PriorityBlockingQueue PriorityQueue Arraylist HashSet LinkedList ArrayBlockingQueue-FIFO ArrayBlockingQueue ConcurrentLinkedQueue LinkedBlockingQueue PriorityBlockingQueue PriorityQueue 0 Vkládání Hledání 1. prvku Hledání středního prvku Hledání posledního prvku

6 Příklad: Producent a konzument package Queue; import java.util.concurrent.*; public class main { /** args */ public static void main(string[] args) { BlockingQueue q = new SynchronousQueue(); Producent p = new Producent(q); Konzument c = new Konzument(q); Thread vlakno1 = new Thread(p); Thread vlakno2 = new Thread(c); vlakno1.start(); vlakno2.start(); package Queue; import java.util.random; import java.util.concurrent.blockingqueue; public class Producent implements Runnable { private final BlockingQueue fronta; //vytvoreni fronty private Random generator; public Producent(BlockingQueue q) { fronta = q; //vlozeni fronty s danou implementaci generator = new Random(); public void run() { try { while(true) { fronta.put(produkuje()); //u fronty se provede metoda put(), ktera prida polozku System.out.println("velikost fronty: " + fronta.size()); catch (InterruptedException ex) { ex.printstacktrace(); private int produkuje() { int nahoda = generator.nextint(30); System.out.println("přídá:" + nahoda); return nahoda;

7 package Queue; import java.util.concurrent.blockingqueue; public class Konzument implements Runnable { private final BlockingQueue fronta; //vytvoreni fronty public Konzument(BlockingQueue q) { fronta = q; //vlozeni fronty s danou implementaci public void run() { try { while(true) { konzumovat(fronta.take()); //u fronty se provede metoda tak(), ktera vrati polozku a pote odstrani System.out.println("velikost fronty: " + fronta.size()); catch (InterruptedException ex) { ex.printstacktrace(); private void konzumovat(object x) { System.out.println("veme:" + x); Závěr: třída BlockingQueue umí bezpečně používat více producentů a konzumentů

8 thread-safe, ale i paralelní fronta Třída ConcurrentLinkedQueue Fronta ConcurrentLinkedQueue může mít více producentů i konzumentů. Přechody mezi stavy vlákna new new thread start Ve frontě. Možné řešení: Wait, sleep, notify blocked yield runnable running Přidělen procesor Metoda run skončí dead

9 Rozdíl mezi CAS a synchronizovaným seznamem CAS zkratka pro Compare-And-Swap instrukci, která stojí za celým packagem java.util.concurrent Sémantika CAS instrukce je v podstatě stejná jako synchronized s tím rozdílem, že je to na úrovni hardwaru namísto JVM. Z toho vyplývá mnohem lepší výkonnost Ještě jedna fronta: sun.misc.queue Lze použít jako střídaní zámku. Používá synchronizovaní. Méně efektivní, než je CAS Nelze se na ní spoléhat V dalších verzích možná nebude.