Взаємодія потоків. Методи wait та notify. Семафори

Взаємодія потоків. Методи wait та notify. Семафори – java курс

Взаємодія між потоками в багатопоточних програмах важлива, оскільки потоки можуть залежати один від одного. Наприклад, один потік може чекати, поки інший виконає якусь дію. У Java для організації взаємодії між потоками використовуються методи `wait()`, `notify()`, `notifyAll()` і семафори.

Методи `wait()` і `notify()`

Ці методи дозволяють організовувати взаємодію між потоками через **монітор** об’єкта. Кожен об’єкт в Java має власний монітор, і методи `wait()`, `notify()` і `notifyAll()` дозволяють одному потоку призупинити виконання, поки інший не повідомить, що можна продовжувати.

Як працюють ці методи:

• wait(): Викликається потоком на об’єкті, змушуючи цей потік чекати, поки інший потік не викличе метод `notify()` або `notifyAll()` на цьому ж об’єкті.
• notify(): Викликається потоком для пробудження одного з потоків, що чекає на цьому об’єкті.
• notifyAll(): Пробуджує всі потоки, що чекають на об’єкті.

Методи `wait()`, `notify()`, `notifyAll()` можуть бути викликані тільки всередині **синхронізованого блоку** або методу.

Приклад:

class Message {
private String message;

public synchronized void send(String msg) {
this.message = msg;
notify(); // Повідомляє потік, що дані готові
}

public synchronized String receive() throws InterruptedException {
wait(); // Чекає, поки інший потік не відправить повідомлення
return message;
}
}

public class Main {
public static void main(String[] args) {
Message message = new Message();

// Потік для отримання повідомлення
Thread receiver = new Thread(() -> {
try {
String receivedMessage = message.receive();
System.out.println(“Отримано повідомлення: ” + receivedMessage);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});

// Потік для відправки повідомлення
Thread sender = new Thread(() -> {
try {
Thread.sleep(1000); // Затримка перед відправкою
message.send(“Привіт, це потік відправника!”);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});

receiver.start();
sender.start();
}
}

У цьому прикладі потік **receiver** чекає за допомогою `wait()`, поки **sender** не викличе метод `notify()`, щоб повідомити про наявність даних для обробки.

Основні моменти при використанні `wait()` і `notify()`:

1. Синхронізація: Методи `wait()`, `notify()` і `notifyAll()` можуть бути викликані тільки всередині синхронізованого блоку або методу, інакше виникає виключення `IllegalMonitorStateException`.
2. wait(): Зупиняє потік і передає монітор об’єкта, дозволяючи іншим потокам працювати з цим об’єктом.
3. notify(): Пробуджує один із потоків, який чекає на моніторі об’єкта, але не гарантує, який саме потік буде пробуджений.
4. notifyAll(): Пробуджує всі потоки, що чекають на моніторі об’єкта, але тільки один з них отримає управління після завершення синхронізованого блоку.

Семафори

Семафор (semaphore) — це механізм синхронізації, який обмежує кількість потоків, що можуть одночасно мати доступ до певного ресурсу. На відміну від `synchronized`, семафор дозволяє обмежити не тільки один потік, але й декілька (в залежності від кількості дозволених потоків).

У Java семафори представлені класом `Semaphore`, який знаходиться в пакеті `java.util.concurrent`.

Основні методи класу `Semaphore`:

• `acquire()`: Зменшує лічильник дозволених потоків на 1. Якщо лічильник досяг нуля, потік блокується, поки не звільниться дозвіл.
• `release()`: Збільшує лічильник дозволених потоків, дозволяючи новому потоку отримати доступ до ресурсу.

Приклад використання семафора:

import java.util.concurrent.Semaphore;

class SharedResource {
private Semaphore semaphore = new Semaphore(1); // Дозволяє одному потоку доступ

public void accessResource(String threadName) {
try {
semaphore.acquire(); // Отримує дозвіл на доступ до ресурсу
System.out.println(threadName + ” отримав доступ до ресурсу.”);
Thread.sleep(2000); // Виконання дії
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
System.out.println(threadName + ” звільняє ресурс.”);
semaphore.release(); // Звільняє дозвіл
}
}
}

public class Main {
public static void main(String[] args) {
SharedResource sharedResource = new SharedResource();

Thread t1 = new Thread(() -> sharedResource.accessResource(“Потік 1”));
Thread t2 = new Thread(() -> sharedResource.accessResource(“Потік 2”));
Thread t3 = new Thread(() -> sharedResource.accessResource(“Потік 3”));

t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}

У цьому прикладі семафор з кількістю дозволів, рівною 1, дозволяє одночасний доступ тільки одному потоку до ресурсу. Інші потоки чекають, поки доступ не буде звільнено.

Типи семафорів:

• Бінарний семафор (Semaphore з кількістю дозволів = 1) працює подібно до блокування або мютексу, дозволяючи доступ лише одному потоку.
• Підрахунковий семафор дозволяє кільком потокам одночасно отримувати доступ до ресурсу, в залежності від кількості дозволів.

Висновок

• Методи `wait()` і `notify()` дозволяють потокам взаємодіяти через монітор об’єкта, передаючи контроль між потоками.
• Семафори використовуються для обмеження кількості потоків, які одночасно мають доступ до ресурсу.
• Використання `synchronized`, `wait()`, `notify()`, семафорів дозволяє ефективно синхронізувати потоки та запобігати виникненню конфліктів доступу до спільних ресурсів.

Взаємодія потоків. Методи wait та notify. Семафори