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Threads

Was ist ein Thread?

• nebenläufigen Konzepten
  • der unabhängig von anderen agiert
  • durch Programmcode gesteuert wird
• diese Parallelitätsabstraktion ist intuitiv nicht leicht zugänglich

Welche Diemensionen der Parallelität gibt es?

• Multinode-Systemen wird die Aufgabe über verschiedene Rechner hinweg verteilt
  • Jeder Knoten hat seinen eigenen Speicher und Prozessor
  • Verteilten Anwendungen
• Bei Multiprocessor-Systemen ist die Anwendung auf verschiedene Prozessoren verteilt
  • Alle Prozessoren auf demselben Rechner (Mainboard)
  • Zugriff auf denselben Hauptspeicher
• Bei Multicore-Systemen befinden sich verschiedene Rechenkerne in einem Prozessor
  • Zugriff auf den Hauptspeicher ist von allen Kernen gleich schnell

Was sind die Unterschiede zwischen Nebenläufigkeit und Parallelität?

• Zwei oder mehrere Tasks heissen nebenläufig
  • wenn sie zeitgleich bearbeitet werden können
  • Egal, ob zuerst der eine und dann der andere ausgeführt wird
  • Egal, ob sie in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden
  • Egal, ob sie gleichzeitig erledigt werden
  • Die Tasks haben keine kausale Abhängigkeit
• Besitzt ein Rechner mehr als eine CPU oder Rechenkerne
  • kann die Nebenläufigkeit parallel auf der Hardware realisiert werden
  • Beschleunigung des Programms bei nebenläugigen Tasks

Was sind die Vor und Nachteile der Nebenläufigkeit?

• Steigerung der Performance
• Zur Verfügung stehende Rechenleistung wird voll ausgenutzt
• Durch Auslagerung kann die CPU in der Zwischenzeit andere Tasks erledigen
• Programmcode ist oft schwer zu verstehen und schwer zu warten
• Erschwertes Debugging (weil CPU Zuteilung nicht deterministisch ist)
• parallele Threads müssen koordiniert werden

Wie funktioniert der Java main Thread?

• Java Anwendung wird in JVM ausgeführt
• JVM entspricht einem Prozess der Betriebsystems
• Zur Ausführung startet die JVM den main-Thread
• Wenn das OS selbst Threads unterstützt, kann die JVM Threads abbilden
• Die Zuordnung der OS-Threads geschieht durch den Schedluer des OS

Wie lassen sich Threads erzeugen?

• Ableitung der Klasse Thread
  • Erzeugen eines Thread Objekts der abgeleiteten Klasse
• Implementation des Interface Runnable
  • Erzeugen eines Objekts der Runnable Klasse
  • Erzeugen eines Thread Objekts der Klasse Thread
• Das Thread Objekt muss mit der Methode start gestartet werden

Wie funktioniert der Lebenszyklus eines Threads?

• Ein Thread kann nur einmal gestartet werden
• mit der isAlive-Methode lässt sich feststellen ob der Thread ausgeführt wird

Wie lässt sich auf das Ende eines Threads warten?

• Die Klasse Thread stellt die Methode join zur Verfügung
• Der aufrufende Thread wartet so lange, bis der Ziel-Thread zum Ende kommt
• Die Methode join ist blockierend
• Ist der Ziel-Thread bereits beendet, kehrt join sofort zurück

Wie wird ein Thread beendet?

• Thread endet automatisch nach Ausführung
• Allgemein ist ein Thread beendet, wenn eine der folgenden Bedingungen zutrifft
  • Die run-Methode wurde ohne Fehler beendet
  • In der run-Methode tritt eine Exception auf, welche die Methode beendet
  • Wenn irgendwo System.exit aufgerufen wird
  • Der Thread wurde von aussen aktiv beendet

Welche Arten gibt es einen Thread zu beenden?

• erzwungen (forceful cancellation), heisst sofortiger Abbruch
• verzögert (deferred cancellation), heisst Abbruch beim nächsten Abbruchpunkt
• kooperativ (cooperative cancellation), heisst Thread wird gebeten sich selbst zu beenden

Welche Phasen gibt es für ein sauberes Beenden eines Threads?

• Initialisierungsphase
  • Eigener Thread-Kontext einrichten
• Arbeitsphase
  • Mehrere Aufgaben nacheinander erledigen
  • und Attribut isStopped regelmässig überprüfen
• Aufräumphase
  • Benutzte Ressourcen werden in einen konsistenten Zustand gebracht

Was passiert bei einem Interrupt?

• Befindet sich der Thread in einer blockierten Wartemethode, wird er durch interrupt geweckt
• Ist er nicht im Wartemodus, stösst aber im weiteren Verlauf auf eine Wartemethode, wird diese gleich nach Betreten wieder verlassen
• In beiden Fällen wird eine InterruptedException geworfen
• Folgende Wartemethoden lösen eine InterruptedException aus (sleep, wait, join)

Wie sollte auf eine InterruptedException reagiert werden?

• Keine gute Idee: Nichts tun (leerer catch Teil)
• Exception abfangen und terminieren
  • Log Meldung ausgeben
  • im catch Teil die Beendung des Threads einleiten
• Exception abfangen und eventuell nicht terminieren
  • wenn eine angefangene Arbeitsphase beendet werden soll