VPG/Otto Knudsen 1

VPR - Repetition

Trådning Distribueret Programmering Sprogteori Grafer

VPG/Otto Knudsen 2

Tråde

Tråd (lightweight process) Enkel sekventiel kontrolsekvens i et

program Deler fælles data

VPG/Otto Knudsen 3

Trådning

Fordele Overvågningssystemer med flere

uafhængige opgaver Muliggør brugerinteraktion via BGF Muliggør serverhåndtering af flere

samtidige klienter Udnytter flerprocessor-systemer

optimalt

VPG/Otto Knudsen 4

Tråde

Ulemper Trådene afvikles uafhængigt af

hverandre Afviklingsrækkefølgen er vilkårlig Samspillet mellem tråde er ofte

meget kompleks Problemer med safety og liveness

VPG/Otto Knudsen 5

Instantiering af tråde

Tråde kan skabes på 2 måder: Arve fra Thread-klassen Implemetere Runnable-interfacet

VPG/Otto Knudsen 6

TrådeRunnable

Tråd

run()

Tråd

run()

overskrivesimplementeres

Thread

run() run()

VPG/Otto Knudsen 7

Thread-klassen

Skabe en tråd vha. Thread extends Thread-klassen Overskriv run-metoden Lav en instans af trådklassen Kald metoden start() på denne

instans

VPG/Otto Knudsen 8

Thread-klassen

class Tråd extends Thread {public void run() { kode }

}

...

new Tråd().start();

VPG/Otto Knudsen 9

Runnable-interfacet

Implements Runnable-interfacet implementér run-metoden Lav en instans af trådklassen Lav en ny Thread-instans med

Runnable-objektet som argument Kald metoden start() på denne

instans

VPG/Otto Knudsen 10

Runnable-interfacet

class Tråd implements Runnable {

public void run() { kode }

}

...

new Thread(new Tråd()).start();

VPG/Otto Knudsen 11

Runnable-interfacet

class Tråd implements Runnable {

public void run() { kode }

public void start() {

new Thread(this).start();

}

}

...

new Tråd().start();

VPG/Otto Knudsen 12

Trådes livscyklus

sleep()wait()blocked on sync

running

ready

blocked

Tråd

termineret

start()

new()

Kø af tråde

Tråden er "alive"

VPG/Otto Knudsen 13

Trådsikre klasser

Problem: Hvis en tråd afbrydes, medens den arbejder på et objekt, er der risiko for, at objektet efterlades i en inkonsistent tilstand. Dette kan give problemer, når en anden tråd forsøger at få tilgang til objektet

VPG/Otto Knudsen 14

Trådsikre klasser

Løsning: Løsningen er at forhindre mere end én tråd ad gangen i at få tilgang til de kritiske områder i koden Vha. synkronisering opnår en tråd eneret på

et objekt (lås) Låsen frigives, når tråden forlader det kritiske

område eller ved kald af metoden wait() på objektet. Kritiske områder på samme objekt deler samme lås!

VPG/Otto Knudsen 15

Liveness problemer Starvation (udhungring): En tråd, som er i

tilstanden ready, får aldrig lejlighed til at køre, fordi der findes andre tråde med højere prioritet

Dormancy (dvale): En tråd, som er i tilstanden blocked on wait, vækkes aldrig med notify()

Deadlock (hårdknude): To eller flere tråde kæmper om flere fælles ressourcer, og hver tråd efterspørger på samme tid disse ressourcer

Premature Termination (for tidlig død): En tråd termineres for tidligt og hindrer derved andre tråde i at blive vækket. (Evig dvale)

VPG/Otto Knudsen 16

volatile vs. synchronized Anvend volatile på en attribut, hvis denne

kan tilgås af flere tråde; med mindre at alle trådene tilgår attributten gennem synkroniserede metoder (kodeblokke)

Hvis flere tråde samtidigt kan tilgå en attribut, og mindst én af disse kan ændre i attributtens værdi, så er det generelt en god idé at anvende synchronized til at styre tilgangen

Hvis kun én tråd kan tilgå attributten, så er brugen afsynchronized overflødig og sløver programafviklingen

VPG/Otto Knudsen 17

Brug af synchronized Nødvendig, hvis man vil lave

"trådsikre klasser" Ej omkostningsfrit:

Kræver CPU-kraft langsommere programafvikling

"Hellere for mange synkroniserede blokke end for få!"MEN - pas på deadlocks

VPG/Otto Knudsen 18

Monitor En monitor indkapsler fælles

ressourcer som private attributter og sikrer trådene enetilgang vha. synchronized metoder til de kritiske områder

Formål: Overvågning af trådes adgang til fælles ressourcer Objekt, hvor de fælles ressourcer er samlet

(attributter) Der er udelelig adgang til monitorens

metoder (mutex) Én monitor-metode pr. kritisk sektion

VPG/Otto Knudsen 19

Missed notification Problemnotify sendes før wait

Konsekvensnotify mistes og wait-tråden bliver ved med at vente

LøsningSørg for kun at gå i wait, hvis notify endnu ikke er sendt. Sæt evt. en boolsk variabel, når notify sendes, og gå kun i wait, hvis denne variabel er sat

KonklusionSørg for at samle én begivenhed i ét synkroniseret monitorkald

VPG/Otto Knudsen 20

Early notification Problemnotify sendes før betingelserne for wait er opfyldt

Konsekvens wait-tråden vækkes før tid

LøsningCheck (igen) betingelserne for wait, når wait-tråden vækkes

KonklusionAnvend altid while (i stedet for if) i forbindelse med check af wait-betingelser

VPG/Otto Knudsen 21

Early notification1. Bufferen er tom!2. C1-tråden er i wait-tilstand3. P-tråden generer et nyt element og kalder monitorens

synkroniserede put-metode4. C1-tråden underrettes via notify, og tråden går i ready-

tilstand5. P-tråden forlader monitorens put-metode og slipper

objekt-låsen på monitoren6. Bufferen indeholder nu ét element!7. Trådskifte!8. C2-tråden trækker et element fra bufferen ved at kalde

monitorens get-metode9. C2-tråden forlader monitorens get-metode og slipper

objekt-låsen på monitoren10. Der er ingen elementer i bufferen!11. Trådskifte!12. C1 fortsætter nu fra wait i monitorens get-metode i

forsøget på at trække endnu et element fra bufferen … Dette er ikke muligt!

P

C 1

Bu ffe r

C 2

VPG/Otto Knudsen 22

Guarded Suspensionpublic synchronized void put(String data) throws InterruptedException {

while (buffer.isFull()) // while i stedet for ifthis.wait();

if (buffer.isEmpty())this.notify();buffer.add(data);

}

public synchronized String get() throws InterruptedException {while (buffer.isEmpty()) // while i stedet for if

this.wait();if (buffer.isFull())

this.notify();String data = (String)buffer.remove();return data;

}

VPG/Otto Knudsen 23

Observer PatternObservable

addObserversetChangednotifyObservers

Observer

update

1 N

Subjekttilstand

getTilstand

Observatørtilstand

update

1 N

Eks: Model/View

public void notifyObservers(Object data) { ... // for alle associerede observatør-objekter o, gør flg: o.update(this, data); ...}

public void update(Observable source, Object data) { // kan fx indeholde flg. kode: this.tilstand = source.getTilstand();}

public void addObserver(Observer o)// tilføjer et observatør-objekt til associasionslisten

Abstrakt niveau

Konkret niveau

extends Observable implements Observer

<<interface>>Abstrakt klasse

VPG/Otto Knudsen 24

Distribueret Programmering

Sockets RMI CORBA (ej pensum) JDBC (ej pensum)

VPG/Otto Knudsen 25

Sockets Sockets er logiske endepunkter i en forbindelse mellem

server og klient På applikationsniveauet betragtes Sockets som

”pålidelige”, dvs. data som sendes fra den ene ende af forbindelsen modtages i den anden ende i samme rækkefølge, som de er sendt, og uden tab

Sockets optræder parvis – klienten har en Socket til serveren og omvendt

En Socket er tilknyttet både en InputStream OutputStream

Klientens OutputStream er forbundet til serverens InputStream og omvendt

VPG/Otto Knudsen 26

Sockets - Arkitektur

Socket Socket

Server Klient

InputStream

OutputStream InputStream

OutputStream

fx port 2000

VPG/Otto Knudsen 27

Sockets - Serversiden1. Skab en ServerSocket på portnr 2000 (fx)

try {ServerSocket s = new ServerSocket(2000);

} catch (IOException e) {}

2. Vent på forespørgsel fra klientwhile (true) {

Socket socket = s.accept();}

3. Skab InputStream og OutputStream ud fra SocketBufferedReader in = new BufferedReader(

new InputStreamReader(socket.getInputStream()));PrintWriter out = new PrintWriter(socket.getOutputStream(), true);

4. Send og modtag via InputStream og OutputStreamin.read();out.println();

5. Luk strømme og Sockets

VPG/Otto Knudsen 28

Sockets - Klientsiden1. Skab en Socket til serveren vha. hostname og portnr

try {Socket s = new Socket(”localhost”, 2000);

} catch(IOException e) {}

2. Skab InputStream og OutputStream ud fra SocketBufferedReader in = new BufferedReader(

new InputStreamReader(s.getInputStream()));

PrintWriter out = new PrintWriter(s.getOutputStream(), true);

3. Send og modtag via InputStream og OutputStreamin.read();out.println();

4. Luk strømme og Socket

VPG/Otto Knudsen 29

Sockets - StrømmeReader

InputStream InputStreamReader BufferedReader

FileReader

Writer

OutputStream OutputStreamWriter BufferedWriter

FileWriter

PrintWriter

VPG/Otto Knudsen 30

Flere samtidige klienter Server

class Server {public static void main(String[] args) {

try { ServerSocket s = new ServerSocket(2000); while (true) { // Vent på anmodning fra klient ... Socket socket = s.accept(); // Instantiér klienttråd - og start den ... new ClientHandler(socket).start(); } } catch (IOException e) {}

}}

VPG/Otto Knudsen 31

Flere samtidige klienterClientHandler

class ClientHandler extends Thread {private Socket incoming;public ClientHandler(Socket incoming) {

this.incoming = incoming; }

public void run() { try { // Instantiér ind- og ud-strøm while (true) { // Kommunikér } } catch (IOException e) {}

}}

VPG/Otto Knudsen 32

RMI RMI (Remote Method Invocation)

Kald af metoder på serverobjekt fra klient Filosofi

Objekter på serveren gøres tilgængelige på klienten

Abstraktionsniveau Højere abstraktionsniveau end Sockets Objektorienteret – Syntaksen svarer til almindelig Java Fælles data og funktionalitet Transparens – Der arbejdes med serverobjekterne,

som om de lå på klienten Miljø

RMI findes kun til Java

VPG/Otto Knudsen 33

RMI - Arkitektur

Klient

Stub

JVM

Server

Skeleton

JVM

1 6 3

2

5

4

VPG/Otto Knudsen 34

RMI - Arkitektur1. Kald af metoden server.metode() fra klienten

udføres som et metodeklad på stub’en: stub.metode()

2. Stub’en arrangerer argumenterne i metodekaldet, (marshalling), og sender dem til skeleton’en på serveren tillige med information om kaldet

3. Skeleton’en afkoder argumenterne samt informationen om kaldet, (demarshalling), og kalder metoden på serveren: server.metode()

4. Serverobjektet eksekverer metodekaldet og sender eventuel en returværdi til skeleton’en

5. Skeleton’en arrangerer returværdien, (marshalling), og sender resultatet til stub’en

6. Stub’en afkoder, (demarshalling), returværdien og returnerer den til klienten

VPG/Otto Knudsen 35

RMI – Begreber Marshalling

Arrangering af information om metodekald, dvs. objekt-id, metodenavn, argumenter og returværdier

Lokale objekterObjekter, som kun kan tilgås lokalt, enten på serveren eller på klienten.Lokale objekter, der overføres som argumenter eller returværdier skal implementere markør-interfacet Serializable

Remote objekterObjekter, som er tilgængelige fra andre maskiner/processer.Remote objekter skal implementere markør-interfacet Remote

Remote referenceReference til et objekt, der fysisk er placeret på en anden maskine/proces. Referencen indeholder ip-adresse, portnr samt objekt-id på serverobjektet

Remote metodekaldKald af servermetode fra klient. Ved remote metodekald overføres lokale objekter by value og remote objekter by reference

VPG/Otto Knudsen 36

RMI – Proxy-mønsteret<<interface>>KontoServerI

+indsaet(beloeb:float):float+haev(beloeb:float):float+getSaldo():float

Klient

+main(args)

KontoServer

-kontonr-saldo

implements implements

Proxy

uses

remote reference

ServerKlient

VPG/Otto Knudsen 37

RMI - Serversidenimport java.rmi.*;public interface Konto extends Remote {

... // metodeerklæringerpublic double indsaet(double beloeb) throws RemoteException;

}

import java.rmi.*;import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;public class KontoServer extends UnicastRemoteObject implements Konto {

... // attributterdouble saldo;public KontoServer() throws RemoteException {

super();saldo = 0.0;

}... // metodeimplementeringerpublic double indsaet(double beloeb) throws RemoteException {

saldo += beloeb;return saldo;

}}

VPG/Otto Knudsen 38

RMI - Kontoeksemplet

Ko n to k lie n t Ko n to

Ko n to Se rve r_ Stu b Ko n to Se rve r

haev ()indsaet()

haev ()indsaet()

haev ()indsaet()

Ko n to k lie n t Un ica s tR e mo te O b je c t

Proxy Pattern

Eksempel

Klie n t Su b je ct

R e a lO b je c t Pro xy

VPG/Otto Knudsen 39

Forløbet af et RMI-kald (1)1. Definér et interface (kontrakt) til et remote objekt

public interface Konto extends java.rmi.Remote {...public double indsaet(double beloeb) throws RemoteException;

}

2. Implementér ovenstående interface på serversidenpublic class KontoServer extends

java.rmi.server.UnicastRemoteObject implements Konto {...public double indsaet(double beloeb) throws RemoteException;

}

VPG/Otto Knudsen 40

Forløbet af et RMI-kald (2)3. Skab en instans af NameServer-objektet på en given

port (fx 1099) vha. LocateRegistryjava.rmi.registry.LocateRegistry.createRegistry(1099);

4. Skab en instans af serveren og registrér serveren i RMI-registry

Konto server = new KontoServer();java.rmi.Naming.rebind("Konto", server);

5. Generér stub og skeleton class-filer vha. RMI-compileFilerne får navnene KontoServer_Stub.class og KontoServer_Skeleton.classStub-klassen implementerer også Konto-interfacet

VPG/Otto Knudsen 41

Forløbet af et RMI-kald (3)6. Lokalisér remote objektet – konto er nu en instans af

stub-klassen, som implementerer Konto-interfacetKonto konto = (Konto)java.rmi.Naming.lookup("//localhost:1099/Konto")

7. Lav en klient, som anvender metoderne på konto-objektet:

konto.indsaet(100);

VPG/Otto Knudsen 42

RMI – MathInterfacepackage math;

import java.rmi.*;

public interface MathInterface extends Remote {public int add(int a, int b) throws RemoteException;public int sub(int a, int b) throws RemoteException;public int mul(int a, int b) throws RemoteException;public int div(int a, int b)

throws RemoteException, ArithmeticException;}

VPG/Otto Knudsen 43

RMI - MathServerpackage math;

import java.rmi.*;import java.rmi.server.*;

public class MathServer extends UnicastRemoteObject implements MathInterface {

public MathServer() throws RemoteException {}public int add(int a, int b) throws RemoteException{return a + b;}public int sub(int a, int b) throws RemoteException{return a - b;}public int mul(int a, int b) throws RemoteException{return a * b;}public int div(int a, int b)

throws RemoteException, ArithmeticException {return a / b;}}

VPG/Otto Knudsen 44

RMI - Serverpackage math;

import java.rmi.*;import java.rmi.registry.*;

public class Server {public static void main(String[] args) {

try { LocateRegistry.createRegistry(1099); Naming.bind("Math", new MathServer()); System.out.println("Serveren er

registreret");} catch (RemoteException e) {System.exit(1);}

}}

VPG/Otto Knudsen 45

RMI - Klientpackage math;

import java.rmi.*;

public class MathClient {public static void main(String[] args) { MathInterface math = null; try { math = (MathInterface)Naming.lookup("Math"); System.out.println("1 + 2 = " + math.add(1, 2)); System.out.println("3 + 4 = " + math.add(3, 4)); System.out.println("5 + 6 = " + math.add(5, 6)); System.out.println("7 + 8 = " + math.add(7, 8)); } catch (Exception e) {System.exit(1);}}

}