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Programmieren in Java
Offensichtlich ist es notwendig, beide Threads zu koordinieren. Sie müssen so
synchronisiert werden, dass nur ein Thread das Prüfen der Bedingung und das
Inkrementieren atomar, d.h. vollständig ohne Unterbrechung ausführt.
Hinweis. Wie immer bei fehlender Synchronisation muß der im Beispiel gezeigte
Fehler nicht zwingend auftreten und kann lange Zeit völlig unbemerkt bleiben. Je
nachdem, wann die Threads aktiv sind bzw. bei einem Prozessor sich abwechseln,
ergeben sich unterschiedliche Resultate 118 .
Synchronisation paralleler Prozesse in Java. Mehrere Threads können nur über
gemeinsame Variable kommunizieren. Folgende Konflikte können dabei auftreten:
- Gleichzeitiges Lesen und Schreiben
Ein Thread liest und ein anderer ändert gerade das Objekt, ist aber noch nicht fertig.
- Gleichzeitiges Schreiben
Mehrere Threads versuchen das Objekt gleichzeitig zu ändern.
Rufen mehrere Threads Methoden gleichzeitig auf, dann kann ohne Synchronisation
ein Zwischenzustand einer Methode den Ablauf einer anderen Methode
beeinflussen. Zur Vermeidung von Konflikten gibt es mehrere Möglichkeiten:
- Schreiben nicht zulassen
Eine Klasse wird so definiert, dass eine Änderung der Attribute nach dem Erzeugen von Objekten
nicht mehr möglich ist (immutable class). Bei Java können bspw. mehrere Threads problemlos
auf ein gleiches Objekt der Klasse java.lang.String zugreifen, da ein String nicht mehr
geändert werden kann. Jede Methode der Klasse produziert bei einer Änderung des Werts ein
neues String Objekt. 119
- Lesen und Schreiben synchronisieren
Für einen Bereich, in den gemeinsame Variable geschrieben oder gelesen werden, benötigt jeder
Thread eine Sperre bevor er diesen Bereich ausführt. Danach gibt er die Sperre wieder frei. Mit
diesem gegenseitigen Ausschluß (mutually exclusive lock) lassen sich Zugriffe auf Objekte so
koordinieren, dass Konflikte vermieden werden.
In Java müssen alle Bereiche, in dem gemeinsame Variable geschrieben oder
gelesen werden, explizit mit dem Schlüsselwort synchronized zur Vermeidung von
Konflikten versehen werden.
synchronized(O)
{
S
}
O ist ein beliebiger Ausdruck, der ein Java-Objekt liefert, und S eine Menge von Anweisungen.
Erreicht ein Thread die synchronized Anweisung, dann gelten folgende Regeln:
- Der Thread versucht exklusiven Zugriff auf das Objekt O zu erhalten.
- Wenn kein anderer Thread den exklusiven Zugriff auf das Objekt hat, geling dies.
- Besitzt ein anderer Thread den exklusiven Zugriff auf das Objekt, dann wartet der Thread, bis das
Objekt O wieder freigegeben wird. Es können mehrere Threads auf die Freigabe warten.
- Erhält ein Thread den exklusiven Zugriff auf O, dann tritt er in den Anweisungsblock ein.
- Verläßt der Thread den Anweisungsblock, in dem er den exklusiven Zugriff erhalten hat, dann gibt er
das Objekt wieder frei.
118 Dies macht es extrem schwierig in einem fertigen System fehlerhafte Code-Stellen zu finden. Vor allem kann
allein das Suchen des Fehlers mit Hilfe vom Debugger den Fehler verschwinden lassen. Durch das Beobachten
mit dem Debugger wird das Abwechseln von Threads beeinflusst.
119 Für eine performante Änderung eines String steht die Klasse java.lang.StringBuffer zur
Verfügung, diese ist aber nicht sicher für die gleichzeitige Verwendung durch mehrere Threads (thread safe).
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