آموزش Java – تبادل اطلاعات بین thread ها یا Inter-thread communication در جاوا (synchronization و multithreading)

آموزش Java – تبادل اطلاعات بین thread ها یا Inter-thread communication در جاوا (synchronization و multithreading)

co-operation یا Inter-thread communication به امکان تبادل اطلاعات بین thread های synchronized که می خواهند به منابع یکسان دسترسی داشته باشند گفته می شود.

cooperation مکانیزیمی است که طی آن یک thread در critical section و بخش حیاتی پردازش خود متوقف شده و thread دیگری امکان وارد شدن در همان بخش و اعمال قفل را پیدا می نماید و عملیات یا پردازش بخش حیاتی خود را انجام می دهد (critical section: بخشی از کد در برنامه هایی است که در آن پردازش ها به حافظه ی اشتراکی دسترسی دارند). برای پیاده سازی این امکان می توانید از متدهای wait()، notify() و notifyAll() کلاس Object استفاده نمایید.

• wait()
• notify()
• notifyAll()

متد wait()

فراخوانی این متد سبب می شود قفل اعمال (lock) شده بر روی منبع برداشته شده و thread جاری در حالت sleep قرار بگیرد و منتظر بماند تا thread دیگری متد notify() یا notifyAll() را برای این آبجکت فراخوانی کند یا منتظر بماند تا مقدار زمان مشخصی سپری شود. لازم به ذکر است که thread جاری (که در حال اجرای عملیاتی در قطعه کد synchronized می باشد) باید مالک قفل متناظر آبجکت باشد (monitor متناظر آبجکت فعلی را داشته باشد) و (wait()) منحصرا از متد synchronized فراخوانی شود، در غیر این صورت خطا رخ می دهد.

متد notify()

این متد یک thread متوقف شده که منتظر برداشته شدن قفل (monitor) متناظر آبجکت از روی منبع می باشد را صدا زده و سبب اجرا و ادامه ی عملیات آن می شود. اگر چندین thread منتظر برداشته شدن قفل از روی منبع هستند، تنها یکی برای بیدار شدن انتخاب می شود و می تواند به عملیات خود ادامه دهد. این انتخاب می تواند تصادفی باشد و در واقع به پیاده سازی و منطق کد مرتبط می باشد. دستور استفاده از کد به شرح زیر می باشد:

public final void notify()

متد notifyAll()

این متد تمامی thread هایی که در قفل متناظر آّبجکت (object monitor) منتظر بوده و می خواهند پس از آزاد شدن منبع به آن دسترسی پیدا کنند را صدا زده و بیدار می کند. دستور استفاده از آن به شرح زیر می باشد:

public final void notifyAll()

شرح فرایند تبادل اطلاعات و همکاری (cooperation) بین thread ها در دسترسی به منبع

در زیر شرح دقیق و نکته به نکته ی نمودار بالا را مشاهده می کنید:

1. thread ها جهت کسب lock متناظر آّبجکت وارد می شوند.
2. یک thread موفق به کسب lock و اعمال آن بر روی منبع می شود.
3. حال اگر توسعه دهنده متد wait() را بر روی آّبجکت مورد نظر صدا بزند، thread در حالت انتظار قرار می گیرد. در غیر این صورت lock را از روی منبع برداشته و از کد خارج می شود.
4. اگر توسعه دهنده notify() یا notifyAll() را فراخوانی کند، thread وارد وضعیت runnable شده و آماده است که عملیات را ادامه دهد.
5. اکنون thread می تواند قفل (lock) را کسب کرده و بر روی منبع اعمال کند.
6. پس از اینکه عملیات به پایان رسید، thread قفل را برداشته و از وضعیت monitor آبجکت خارج می شود.

چرا متدهای wait()، notify() و notifyAll() بجای کلاس Thread در سطح کلاس Object تعریف شده اند؟

در جاوا هر object ای یک lock متناظر دارد. از آنجایی که این متد ها با lock کار می کنند و فقط object دارای lock می باشد، متدهای wait()، notify() و notifyAll() در سطح کلاس آبجکت تعریف شده اند.

شرح تفاوت بین متدهای wait و sleep

مثال کاربردی از inter-thread communication و همکاری بین thread ها در Java

class Customer{  
int amount=10000;  
synchronized void withdraw(int amount){  
System.out.println("going to withdraw...");  
if(this.amount< amount){ System.out.println("Less balance; waiting for deposit...");
                        try{wait();}catch(Exception e){}
                        }
                        this.amount-=amount;
                        System.out.println("withdraw completed...");
                        }
                        synchronized void deposit(int amount){
                        System.out.println("going to deposit...");
                        this.amount+=amount;
                        System.out.println("deposit completed... ");
                        notify();
                        }
                        }
                        class Test{
                        public static void main(String args[]){
                        final Customer c=new Customer();
                        new Thread(){
                        public void run(){c.withdraw(15000);}
                        }.start();
                        new Thread(){
                        public void run(){c.deposit(10000);}
                        }.start();
                        }}

خروجی:

going to withdraw...
Less balance; waiting for deposit...
going to deposit...
deposit completed...
withdraw completed