Programmation multitâches avec les Threads

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1 Programmation multitâches avec les Threads A. Introduction A.1. Programmation multitâche Tous les systèmes d'exploitation actuels ont la possibilité d'effectuer plusieurs tâches en simultané. En effet, lorsqu'un utilisateur consulte un site Internet, l'ordinateur effectue plusieurs tâches en même temps, comme gérer la communication Internet, analyser le contenu reçu, et gérer l'arrivée permanente de données. Donc, chaque processus exécuté sur la machine est plus ou moins indépendant des autres. A.2. Threads et processus Il existe une différence entre les threads et les processus. Un processus est un programme s'exécutant de manière indépendante des autres processus. Il possède une copie unique de ses propres variables. Le thread, lui, partage les données avec les autres threads. Cela peut paraître dangereux dans un premier temps mais il s'avère que cette possibilité les rend plus rapides et plus faciles à gérer que les processus. En effet, il est bien plus rapide de créer et de détruire les threads individuels que de créer des processus. Thread gestion logicielle ou système espace mémoire partagé ordonnancement non garanti (les priorités ne sont pas toujours gérées) Processus gestion système espace mémoire propre (même avec les proc fils) ordonnancement garanti (priorités) ESSTT Maher JBELI 1

2 A.3. Le "faux multitâche" La plupart des ordinateurs n'ayant qu'un seul processeur, le système utilise un mécanisme astucieux faisant croire à l'utilisateur qu'il réalise plusieurs choses en même temps. En effet, chaque thread dispose d'un temps de parole (temps minimal pendant lequel il va s'exécuter) après lequel il doit rendre la main au système pour laisser une chance aux autres threads de faire leur travail. B. Les threads B.1. Qu'est-ce qu'un thread? Il s'agit d'un programme s'exécutant en même temps que d'autres programmes. Il est capable de se mettre en sommeil pour permettre aux autres threads d'avoir une chance d'être exécuté. La période de sommeil est fixée par lui et le programmeur aura à charge de donner une valeur raisonnable de ce temps, pour permettre aux autres threads de pouvoir s'exécuter. B.2. Un exemple de thread Le navigateur qui nous sert à consulter des sites Web dispose d'une fonctionnalité intéressante qui consiste à télécharger plusieurs images d'une page en même temps. Le téléchargement et l'affichage d'une image correspond à un thread distinct. Le navigateur peut choisir de démarrer plusieurs téléchargements simultanés et cela, en rapport avec le débit maximum de la connexion. ESSTT Maher JBELI 2

3 B.3. L'objet thread Tout d'abord, lorsqu'on souhaite qu'une classe puisse se comporter comme un thread, il faut que : Cette classe implémente l'interface Runnable, surcharge la méthode run et contient un champ de type Thread. import java.util.*; class MonThread implements Runnable... public void run()... code de l activité... class Principale public static void main(string[] argv) MonThread p = new MonThread(...); Thread t = new Thread(p); t.start();... ESSTT Maher JBELI 3

4 Cette classe hérite de la classe Thread. class MonThread extends Thread... public void run()... code de l activité... class Principale public static void main(string[] argv) MonThread p = new MonThread(...); p.start();... I- Constructeurs de Thread Thread() Thread(Runnable target) Thread(Runnable target, String name) Thread(String name) Crée un nouveau thread Crée un nouveau Thread relatif à l'objet implémentant l'interface Runnable Crée un nouveau Thread relatif à l'objet implémentant l'interface Runnable avec un nom Crée un nouveau Thread avec un nom ESSTT Maher JBELI 4

5 II- Quelques méthodes currentthread() setname() getname() isalive() start() run() sleep(n) join() yield() Donne le thread actuellement en cours d'exécution Fixe le nom du thread Nom du thread Indique si le thread est actif (true) ou non (false) Lance l'exécution d'un thread Méthode exécutée automatiquement après que la méthode start() précédente ait été exécutée Arrête l'exécution d'un thread pendant n millisecondes Opération bloquante - attend la fin du thread pour passer à l'instruction suivante Provoque l'arrêt de l'exécution du thread et autorise les autres threads à s'exécuter C. Propriétés des threads Les threads peuvent être dans plusieurs états différents : Nouveau : Le thread a été crée avec new mais n'est pas encore activé Exécutable : La méthode start a été appelée mais cela ne signifie pas que le thread est exécuté. Cela va dépendre du système d'exploitation qui doit lui donner une fenêtre d'exécution. Bloqué : Plusieurs évènements peuvent bloquer un thread. La méthode sleep lorsqu'elle est appelée, met le thread dans cet état. Mort : Lorsque la méthode run est terminée, le thread est considéré comme mort. ESSTT Maher JBELI 5

6 Schéma de manipulation des threads : Exemple 1: public class monthread2 extends Thread static int j = 1; public void run() for (int i = 1; i <= 20; i++) System.out.println(j++); public static void main (String[] args) new monthread2().start(); new monthread2().start(); Ce programme affiche les nombres de 1 à 40, ce qui nous paraît tout à fait naturel. En effet, chaque thread vient à son tour augmenter d'une unité la valeur de la variable static j. Mais ce n'est qu'une apparence. Rien ne nous permet d'affirmer avec certitude que le premier thread affiche les valeurs impaires et le second les valeurs paires. ESSTT Maher JBELI 6

7 D. Gérer la répartition du temps entre les threads Lorsque plusieurs threads fonctionnent en même temps, il est parfois nécessaire de contrôler la façon dont le temps du processeur est réparti entre chacun d'eux. (Exemple Jeu d échec). public class Compteur extends Thread static Th1 th1; static Th2 th2; public static void main (String[] args) th1 = new Th1(); th2 = new Th2(); th1.start(); th2.start(); class Th1 extends Thread private boolean arret = false; private boolean interruption = false; public void run() int i = 0; while (!arret) System.out.println(i++); public void arrete() arret = true; ESSTT Maher JBELI 7

8 class Th2 extends Thread public void run() long duree = 10000; long t1 = System.currentTimeMillis(); long t = 0; while (t < duree) t = System.currentTimeMillis() - t1; Compteur.th1.arrete(); E. Groupes de threads Dans le cas où votre programme contient une grande quantité de threads, il peut être utile de manipuler ces threads par groupe. Reprenons l'exemple du navigateur internet téléchargeant des images. Lorsque vous cliquez sur Arrêter, le navigateur doit stopper le téléchargement des images. Si chaque image se télécharge par l'intermédiaire d'un thread et que tous, font partie d'un groupe, nous disposons d'un moyen efficace de les stopper tous. E.1. Construire un groupe de threads Utilisez le constructeur suivant : ThreadGroup g = new ThreadGroup("WebImages "); Pour ajouter des threads à ce groupe : Thread th = new Thread (g, "Image1"); E.2. Interrompre les threads d'un groupe Pour interrompre tous les threads d'un groupe, il suffit d'appeler la méthode interrupt du groupe : g.interrupt(); Remarque : ESSTT Maher JBELI 8

9 Un groupe peut posséder des groupes enfants. Le fait d'interrompre les threads du groupe parent, interromps également les membres des groupes enfants. import java.io.*; import java.util.*; public class Palindrome extends Thread public static void main (String[] args) ThreadGroup tg = new ThreadGroup("Groupe"); new Th1(tg).start(); new Th2(tg).start(); class Th1 extends Thread private static boolean arret = false; Th1(ThreadGroup tg) super(tg, "Th1"); public void run() int i = 0; while (!arret) System.out.println(i++); public static void arrete() arret = true; ESSTT Maher JBELI 9

10 class Th2 extends Thread Th2(ThreadGroup tg) super(tg, "Th2"); public void run() String s1 = ""; BufferedReader r = new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in)); while (!s1.equals("s")) try while (s1 == "") s1 = r.readline(); if (!s1.equals("s")) s1 = ""; catch (IOException e) Th1.arrete(); F. Synchronisation F.1. Présentation du problème ESSTT Maher JBELI 10

11 Dans de nombreux cas, les threads partagent les mêmes objets et par conséquent, la modification de ces objets par un thread pourrait avoir des conséquences fâcheuses pour les autres threads notamment si ceux-ci modifient un objet en même temps. Java propose un mécanisme de verrouillage des objets par un thread de telle sorte qu'aucun autre thread ne puisse le modifier aussi. Voici une illustration de ce qui pourrait arriver sur un compte bancaire sans verrouillage des données : Pendant un certain laps de temps, la somme des 2 comptes sera inexacte!!! Il faut donc que le Thread 1 soit certain de ne pas être interrompu pendant le transfert. F.2. mot clé synchronised Pour permettre au thread 1 de ne pas être interrompu, on utilise le mot clé synchronised comme modificateur de la méthode qui ne doit pas être interrompue : public synchronized void transfert( Compte source, Compte dest, int montant) if (source.getsolde()<montant) return; source.solde = source.solde montant; dest.solde = dest.solde + montant; Dans ce cas, la méthode ne sera pas interrompue entre les lignes 6 et 7. F.3. Verrous d'objets ESSTT Maher JBELI 11

12 Chaque fois qu'une méthode ou un bloc de code est affecté du mot clé synchronized, la méthode est verrouillée et aucun autre objet ne peut appeler cette méthode. Le Thread pose un verrou qu'il enlèvera en sortant de la méthode. Ce système de verrouillage soulève tout de même un problème si jamais le thread verrouillé effectue une action qui se prolonge dans le temps, voire infiniment. La conséquence est que tous les autres threads n'ont plus aucune chance de s'exécuter. Pour pallier à cet inconvénient, il y a la méthode wait. F.4. wait et notify wait Lors de l'appel à la méthode wait, le thread enlève son verrou et vient se mettre en liste d'attente pour l'exécution. L'objet étant déverrouillé, les autres threads peuvent alors s'exécuter. notify et notifyall Donc, si un thread appelle sa méthode wait, il n'a aucun moyen de se débloquer lui-même. Il doit donc compter sur les autres threads pour appeler la méthode notifyall ou notify. Remarque : Il peut être dangereux d'appeler la méthode notify car vous ne savez pas quel thread sera débloqué. Il est plus approprié d'employer la méthode notifyall. L'endroit le plus approprié pour appeler cette méthode est dans l'objet qui est susceptible de changer la donné pour les threads mis dans la file d'attente avec wait. ESSTT Maher JBELI 12

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