Labor 07 - Java Thread labor¶

Bevezető és Előkészületek¶

Készítette: László Zoltán (2015) és Goldschmidt Balázs (2016), BME IIT.

A feladatok megoldásához felhasználandó osztályok (Thread, Object, stb.) leírásait az alábbi URL-en találod meg: http://download.oracle.com/javase/8/docs/api/

Projekt neve: ThreadLabor
Java csomag (package): hu.bme.iit.prog3.threads
Beadás módja: helyszíni bemutatás (f1.png – f10.png)

Nincs feltöltés! (Lokális ellenőrzés)

Ezen a laboron nincs GitHub vagy Moodle feltöltés! A feladatokhoz tartozó képernyőképeket közvetlenül a gépeden (ajánlottan a ThreadLabor projekt gyökerébe) mentsd el f1.png, f2.png, stb. néven.

Minden képernyőképen látszódjon a Neptun-kódod kommentként a forráskódban! A laborvezető a gépednél fogja ellenőrizni a megoldást.

Alapfeladatok¶

1. Producer osztály¶

Készíts egy Producer osztályt! Az osztálynak legyen egy void go() metódusa, amely végtelen ciklusban másodpercenként üzenetet ír ki a standard outputra, a konstruktorában pedig vegyen át egy String-et.

A kipróbáláshoz készíts egy Application osztályt, aminek a main metódusa (a program belépési pontja) elindít egy Producer-t!

Korlátozások:

A várakozást a Thread osztály sleep metódusával valósítsd meg, mert így az objektum nem tartja magánál a CPU-t, nem történik foglalva várakozás (busy-wait).
A kiírt üzenet a következő formátumú legyen: <szoveg> <szam> <ido>, ahol:
- <szoveg>: az objektum konstruktorában átadott String
- <szam>: a kiírás sorszáma (0-ról indul)
- <ido>: a kiírás ideje (a millisec-ben mért rendszeridő utolsó 5 jegye, javaslat: Date object getTime(), vagy System.currentTimeMillis() metódus)

Egy példa futás eredménye:

Konzol

demo 0 69562
demo 1 70562
demo 2 71562
...

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP

Készíts egy képernyőképet, amelyen látszik a Producer és az Application kódja (Neptun-kóddal kommentben), valamint a konzol a másodpercenként kiírt üzenetekkel.

Fájlnév a projekt gyökerében: f1.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

2. Producer osztály szállal¶

Módosítsd úgy a fenti Producer-t, hogy önálló szálként tudjon futni! A két tanult lehetőség közül használd az öröklést (extends Thread)!

Módosítsd úgy az Application osztályt, hogy a main metódus fél másodperc különbséggel elindít két Producer szálat!

Emlékeztető az előadásból: start() vs. run()

Minden szál örököl egy void start() metódust, amely elvégzi a szükséges inicializálást, majd külön szálon futtatja a run() metódust. Maga a run() csak a belépési pont, közvetlenül meghívva nem indít új szálat!

Egy példa futás eredménye:

Konzol

elso 0 54796
masodik 0 55281
elso 1 55796
masodik 1 56296
elso 2 56796
masodik 2 57296
...

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP

Készíts egy képernyőképet a szálként futó Producer és az Application kódjáról, valamint a konzolról, ahol a két szál fél másodperc különbséggel írja ki az üzeneteket.

Fájlnév a projekt gyökerében: f2.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

3. Fifo puffer¶

Készíts egy maximum 10 elemű, String-eket tároló, konkurens működésű Fifo osztályt, amelynek metódusai:

void put(String): A paraméterként kapott String-et berakja a Fifo-ba. Ha a Fifo tele van, akkor a futtató szál korlátlan ideig várakozik és csak akkor ébred fel, ha a puffer tartalma változik.
String get(): Visszaadja és a Fifo-ból törli a legöregebb elemet. Ha a Fifo üres, akkor a futtató szál korlátlan ideig várakozik és csak akkor ébred fel, ha a puffer tartalma változik.

Javaslat: a tároláshoz használd a LinkedList<String> osztályt.

A Fifo puffer legyen szálbiztos, vagyis egy időben csak egy szál futtathassa a metódusait (synchronized)! Minden kötelezően kezelendő kivételt (InterruptedException) adj tovább a hívónak! Ne felejtsd el, hogy a várakozással (wait()) és értesítéssel (notify() / notifyAll()) kapcsolatos metódusokat csak akkor szabad meghívni, ha a futó szálnak kizárólagos futtatási joga van a használt objektumra (belépett az objektum monitorába).

Módosítsd a 2. feladatban készült Producer osztályt az alábbiak szerint:

A konstruktorban a Producer kap egy Fifo-t is.
A <szoveg> <szam> üzenetet tegye be a Fifo-ba put metódussal!
A Fifo-ba történő beírást követően a standard outputra írja ki: produced <szoveg> <szam> <ido>

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP

Készíts egy képernyőképet a Fifo osztály kódjáról és a produced … kimenetet mutató konzolról.

Fájlnév a projekt gyökerében: f3.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

4. Consumer osztály¶

Készíts egy Consumer osztályt a Fifo végtelen ciklusban történő olvasására!

A Consumer szálként tudjon futni.
A konstruktorban kap egy f Fifo-t, egy s String-et és egy n int-et.
A Consumer az f get-jét használva String-eket olvas. Az olvasást követően a standard outputra írja ki: consumed <s> <olvasott string> <ido>
Ezután az n paraméternek megfelelő ideig alszik, majd újra kezdi a ciklust.

Módosítsd az Application main-jét, amelyben létrehozol egy Fifo-t, majd külön-külön szálon elindítasz egy-egy Producer-t és Consumer-t!

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP

Készíts egy képernyőképet a Consumer osztály kódjáról és a konzolról, ahol látszanak a produced és a consumed sorok.

Fájlnév a projekt gyökerében: f4.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

5. Sebességarányok¶

Módosítsd úgy a Producer-t, hogy konstruktor paraméterként meg lehessen adni a várakozási idejét! Indítsd a Producer és a Consumer objektumokat eltérő várakozási értékekkel! Mit tapasztalsz? Ha hibát észlelsz, javítsd az algoritmust.

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP

Készíts egy képernyőképet a paraméterezett Producer kódjáról és az eltérő sebességű futás konzolos kimenetéről.

Fájlnév a projekt gyökerében: f5.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

6. Szálkezelés delegálással¶

A Producer-t írd át úgy, hogy a Thread-ből való származtatás helyett a Runnable interfészt implementálja (implements Runnable)! Próbáld ki az alkalmazást a 4. feladat szerint (indítás: new Thread(producer).start())!

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP

Készíts egy képernyőképet a Runnable implementációról és az alkalmazás konzolos kimenetéről.

Fájlnév a projekt gyökerében: f6.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

7. Több termelő és fogyasztó¶

Az Application-ben példányosíts több Producer-t és Consumer-t! Legyen 3 db Producer 1000-1000 ms várakozási idővel, és 4 db Consumer 100-100 ms várakozási idővel. Indítsd őket közvetlenül egymás után! Mit tapasztalsz? Ha problémát észlelsz, akkor javítsd a hibásan implementált algoritmust!

Fix várakozási idők helyett próbálkozhatsz véletlen időkkel is. Véletlen szám generálásához használd a Math.random() metódust, vagy a java.util.Random osztályt!

Tipp: Miért dobhat kivételt vagy fagyhat le több szálnál?

Győződj meg róla, hogy a Fifo-ban a wait() hívások while ciklusban (nem pedig if feltételben) szerepelnek, így a felébredő szál mindig újraellenőrzi a puffer állapotát!
Ébresztéskor notify() helyett használd a notifyAll() metódust, amely az összes várakozó szálat felébreszti!

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP

Készíts egy képernyőképet az Application kódjáról és a 3 Producer + 4 Consumer együttes futásának konzolos kimenetéről.

Fájlnév a projekt gyökerében: f7.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

8. Szálak jellemzői¶

Módosítsd a Fifo osztályt az alábbiak szerint! A Fifo osztályban mind a put, mind a get metódus írja ki a metódus nevét, valamint a metódust futtató szál azonosítóját! Használd a Thread osztály metódusait (Thread.currentThread().getId(), getName())!

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP

Készíts egy képernyőképet a kibővített Fifo kódjáról és a metódusneveket és szálazonosítókat kiíró konzolról.

Fájlnév a projekt gyökerében: f8.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

iMSc Feladat (1 iMSc pont)¶

10. Szálak ütemezett indítása Executor-ral¶

Készítette: Goldschmidt Balázs, BME IIT, 2016.

Módosítsd úgy a Producer és Consumer osztályokat (vagy készíts SingleProducer / SingleConsumer osztályokat), hogy ne ciklikusan fussanak, hanem egyszeri futás után álljanak le.
A leállás előtt az alvási paraméterben megadott ideig hajtsanak végre alvást (ezzel imitáljuk a hosszabb ideig tartó futást).
Hozz létre egy-egy ScheduledThreadPoolExecutor-t a producerek és a consumerek elindításához. A pool-okban 10-10 szálnak legyen hely.
Ütemezd a végrehajtást úgy (execute metódus), hogy az executoroknak producer és consumer objektumokat adsz (15-öt külön-külön mindkettőnek).
A végrehajtási idők és az indítási periódusok legyenek olyanok, hogy 10 szál végrehajtása tovább tartson, mint 10 szál együttes újraindítási ideje (pl. 2000 ms alvási idő a szálakban, 100 ms szünet a beküldések között).
Figyeld meg a működést!

BEMUTATANDÓ KÉPERNYŐKÉP (1 iMSc pont)

Készíts egy képernyőképet az Executor alapú ütemező kódjáról és a konzolos kimenetről, ahol megfigyelhető a 10 szálas pool telítődése és a 11–15. feladatok késleltetett lefutása!

Fájlnév a projekt gyökerében: f10.png. A laborvezető a gépednél ellenőrzi!

Lokális beadási ellenőrzőlista¶

Pipáld ki az elkészült feladatokat (az állapotot a böngésződ automatikusan elmenti)! Ha minden megvan, szólj a laborvezetőnek, aki a gépednél fogja ellenőrizni a fájlokat: