Java. Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l'université Laval pour l'obtention du grade de Maître ès Sciences (MSc.

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1 Vers un nouveau paradigme de programmation parallèle en Java Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l'université Laval pour l'obtention du grade de Maître ès Sciences (MSc.) Département d71nformat ique FXCULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE UNTVERSITÉ LAVAL Mai Mouetsie Molière? 1999

2 National Library Acquisitions and Bi bliographic Services Bibliothèque nationale du Canada Acquisitiins et services bibliographiques 395 Wellington Street 395. nre Wellmgton Ottawa ON KI A ONs OaawaON KlAW Canada canada The author has granted a nonexclusive licence aiiowing the National Library of Canada to reproduce, lom, distribute or sel1 copies of this thesis in microfom, paper or electronic formats. The author retains ownership of the copyright in this thesis. Neither the thesis nor substantial extracts fiom it may be printed or otherwise reproduced without the author's permission. L'auteur a accordé une licence non exclusive permettant à la Bibliothèque nationale du Canada de reproduire, prêter, distribuer ou vendre des copies de cette thèse sous la forme de microfiche/film, de reproduction sur papier ou sur format électronique. L'auteur conserve la propriété du droit d'auteur qui protège cette thèse. Ni la thèse ni des extraits substantiels de celle-ci ne doivent être imprimés ou autrement reproduits sans son autorisation.

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4 Résumé Sous présentons dans ce mémoire un nouveau paradigme de programmation parallèle en Java. Ledit paradigme améliore la composante parallèle actuelle de Java en proposant des constructions s~taxiques qui abstraient la communication. la synchronisation et l'ordonnancement. Ce niveau d'abstraction est atteint en incorporant dans Java une algèbre de processus communiquants via des canaux. L'algèbre en question intègre des primitives de création dynamique de canaux et de processus. En outre, elle incorpore des combinateurs de séquence, de choix et de composition parallèle. Un trait à la fois éiégant et utile de cette algèbre est la possibilité de définir des calculs parallèles latents. Sous nous sommes inspirés du langage Concurrent ML (CML) pour l'élaboration de ladite algèbre. Yous proposons une évaluation de la composante parallèle de Java. Nous expliquons de manière détaillée tant au niveau conception qu'implantation le modèle de programmat ion parallèle en CML. Enfin, nous présentons l'architecture. l'implantation en Java ainsi que les bancs d'essais d'un système basé sur le paradigme sus-mentionné. Yourad Dgbabi Directeur recurche MouetWlière Étudiante

5 Remerciements Je tiens tout d'abord à remercier mon Directeur de recherche M. Mourad Debbabi. professeur au Département d'informatique de l'université Laval, qui grâce à ses conseils judicieu et son soutien, a rendu possible la réalisation de ce projet..je remercie également Mme Nadia Tawbi et M. Jean Bergeron, également professeurs au Département d'informatique de l'université Laval, qui ont bien voulu être les évaluateurs de cette thèse. Merci à M. Béchir Ktari pour l'aide inestimable qu'il m'a apportée pour la compréhension de l'implantation de CML. un remerciement spécial va à mes parents pour leur soutien continu pendant ces longues années d'études. Merci également à tous les membres l'équipe LSFM avec qui les discussions ont toujours apport6 sinon solutions, bonne humeur. Enfin, je remercie toutes les personnes qui de près ou de loin ont contribué à la réalisation de ce projet.

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7 2.6.3 État Non-exécutable État mort Sotions supplémentaires Threads Démon Groupes de threads Conclusion Programmation parallele en CML Introduction Primitives de parallélisme Threads Canaux Exemple d'utilisation de t hreads et de canaux Événements Événements simples Communication sélective Implantation... 3' Continuations Implantation des Threads Implantation des canaux Implantation des événements Conclusion Étude comparative Introduction Évaluation de Java Ordonnancement Portabilité Communication Synchronisation Sémantique formelle Abstractions Performance Évaluation de CML Communication Synchronisation Ordonnancement Abstraction Portabilité Sémantique formelle Performance Conclusion... 62

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9 Liste des tableaux 2.1 Classe Reentrant Classe Auteur Classe Lecteur Classe Bibliothèque Classe AuteurLecteur: Programme principal Cas de famine Utilisation de yield Signature CML Opérations sur les threads et Leurs identificateurs Opérations sur les canaux Exemple d'utilisation de threads et de canaux Exemple d'utilisation des événements et de la sélection LtiIisationdeCallcc Utilisation de throw Fonction spawn Fonction send Fonction recv Structure des événements Fonction sendevt Fonction recvevt Fonction choose Fonction wrap Fonction syncononeevt FonctionsyncOnBEvt Exécution de threads à priorité égale Codage du Producteur/Consommateur en HOJ Équations des Philosophes Équations de l'ordonnanceur Résultats... 82

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11 Chapitre 1 Introduction 1.1 Motivation et problématique Le langage Java est doté de nombreuses qualités très appréciées dans le monde de la programmation actuelle. C'est un langage orienté-objet simple qui est a la fois. neutre d'architecture, parallèle et sécurisé. Certains problèmes ont toutefois été relevés au niveau du volet parallèle de Java plus particulièrement en ce qui concerne les aspects de communication, de synchronisation et d'ordonnancement des threads. La programmation parallèle en Java est basée sur le concept de processus légers ou threads. Les threads Java communiquent et se synchronisent entre eu via des variables partagées dont l'intégrité est gérée par des moniteurs au niveau machine et par les primitives wait. notih et notifyall au niveau programmation. La gestion des moniteurs est souvent compliquée et peut mener à des résultats erronés lorsqu'elle n'est pas effectuée de manière adéquate. De plus, le langage Java manque d'abstractions et ne bénéficie pas réellement d'une définition formelle. Ce projet a pour but d'améliorer la compo, Gante parallèle actuelle de Java en proposant des constructions syntaxiques qui abstraient la communication, la synchronisation et l'ordonnancement. Ce niveau d'abstraction est atteint en incorporant dans Java une algèbre de processus communicants via des canaus. L'algèbre en question intègre des primitives de création dynamique de canaux et de processus ainsi que des combinateurs de séquence, de chois et de composition parallèle. 1.2 Langages parallèles -Avant de considérer la programmation parallèle au niveau d'un langage de programmation particulier, il est important de définir les mécanismes de fonctionnement des langages parallèles en général. II existe deux grandes catégories de langages de programmation parallèle: 0 tes langages utilisant la mémoire partagée; O Les langages utilisant la mémoire distribuée;

12 1.3 Langages a mémoire partagée Langages à mémoire partagée Les langages basés sur la mémoire partagée utilisent des variables partagées pour l'implantation de la communication des processus. Ces langages se distinguent par les mécanismes qu'ils utilisent pour la synchronisation et le contrôle du parallélisme [Rep92a]. Parmi les mécanismes de synchronisation, nous distinguons les mécanismes de synchronisation de bas niveau tels que les sémaphores et les mécanismes de haut niveau tels que les moniteurs Sémaphores Les sémaphores proposés par Dijkstra [DijE] constituent le mécanisme de synchronisation de base. Un sémaphore est constitué d'une variable entière e(s) et d'une file d'attente f(s) [CRO751. En dehors de leur valeur initiale qui est positive ou nulle! les variables e(s) peuvent prendre des valeurs positives, négatives ou nulles sur lesquelles peuvent être appliquées deux opérations de base: P ( du Hollandais Passeren) pour l'attente et V ( du Hollandais Vrygeven) pour la notification. Lorsqu'un processus exécute P(s) où s est un sémaphore, sa variable e(s) est décrémentée. Si le résuitat de cette décrémentation est strictement négatif, alors le processus se bloque et se met dans la file d'attente f(s). L'exécution de V(s) est nécessaire pour débloquer le processus. Cette opération à pour effet d'incrémenter la variable e(s). Si le résultat est négatif ou nul alors un processus est récupéré de la file d'attente et son état redevient actif. Les verrous d'exclusion mutuelle ou mutex locks encore appelés sémaphores binaires sont une forme restreinte de sémaphores. Ils ont deux états: verrouille ou déverrouillé. Les verrous assurent l'exclusion mutuelle dans les régions critiques (partagées simultanément par plusieurs processus)mais ne fournissent pas de mécanisme général de synchronisation. Le principal inconvénient des sémaphores est qu'il n'existe pas de syntaxe fixe menant à une utilisation correcte. De plus, l'implantation de patrons plus compliqués que I?esclusion mutuelle se révèle particulièrement ardue Moniteurs Les travaux parallèles de Brinch Hansen et Hoare [Hoa741 ont conduit à un mécanisme assurant l'exclusion mutuelle basé sur des moniteurs. Les moniteurs sont des modules qui permettent l'abstraction des données et l'exclusion mutuelle. Tout code déclaré à l'interne ne peut être exécuté que par un processus à la fois. Les autres processus sont mis en attente jusqu'à la libération du moniteur.

13 1.4 Langages à mémoire distribuée 10 Un moniteur possède deux variables principales de synchronisation ou variables de conditions: wait qui bloque l'exécution du processus appelant; signal qui débloque un processus bloqué par un wait; Les moniteurs encapsulent les variables partagées. Ils fournissent une forme plus structurée d'exclusion mutuelle que ies verrous. En fait, chaque moniteur possède implicitement son propre verrou. Ce verrou est activé à l'entrée d'une procédure possédant un moniteur et il est désactivé a sa sortie. 1.4 Langages à mémoire distribuée La communication au niveau des langages utilisant la mémoire distribuée se fait par passage de messages. Le passage de messages consiste en un transfert de données synchronisé entre deux processus. C'est à dire que pour transférer un message, la coopération de l'envoyeur et du receveur est requise. Tout langage communiquant par passage de message possède deux opérations de base: l'envoi et la réception. Il est caractérisé par les propriétés spécifiques des médiums et des protocoles de communication entre les processus [ASSOI. Deux types de protocoles sont couramment utilisés: les protocoles asynchrones: envoi non-bloquant de messages: les protocoles synchrones: envoi bloquant de messages; Sous pouvons également mentionner les protocoles de requête-réponse ou "remote procedure calls". Les communications utilisant ce protocole s'effectuent par des appels et des retours de procédures Passage de message asynchrone Dans le passage de messages asynchrone le médium de communication est muni d'une variable tampon qui stocke les messages et l'opération d'envoi est non bloquante. Le Processus envoyeur continue son exécution indépendamment de Ia réception du message. La figure 1.1 représente la communication asynchrone entre dewc processus P et Q. Notons que ces deux processus ont une tue différente de l'ordre des événements. Le processus Q peut envoyer un message avant de recevoir un message de P même si ce dernier à été envoyé le premier.

14 1. -4 Langages à mémoire distribuée 11 Figure 1.1: Passage de message asynchrone. i Passage de message synchrone Dans le passage de messages synchrone' l'opération d'envoi est bloquante. Le processus envoyeur ne peut continuer son exécution que si son message a été reçu par un autre processus. La figure 1.2 utilise la notation CSP pour l'envoi et la réception de messages entre les processus P et Q. Soit Q! v pour l'envoi de la valeur v par le processus Q et PI x pour la réception d'une valeur x par le processus P. Lorsque le processus P envoie la valeur v au processus Q, il reste en attente jusqu'à la réception de v par Q et vice versa. Les traits discontinus sur la figure illustrent les temps d'attente des processus. (a) Paltend Q (b) Q ancnd P Figure 1.2: Passage de message synchrone.

15 1.5 Objectifs et contributions Objectifs et contributions L'objectif principal de ce projet est de proposer un nouveau paradigme de programmation dans le but de faciliter la programmation des threads en Java. Ce paradigme améliore la composante parallèle actuelle de Java en proposant des constructions SMtaviques qui abstraient la communication, la synchronisation et l'ordonnancement. Ce niveau d'abstraction est atteint en incorporant dans Java une algèbre de processus communiquant via des canaux. L'algèbre en question intègre des primitives de création de canaux et de processus ainsi que des combinateurs de séquence. de choix et de composition parallèle. Après une évaluation approfondie des composantes parallèles des langages Java et Concurrent ML. nous expliquons de manière détaillée la conception et l'implantation d'un nouveau paquetage de threads incorporant des concepts qui: définissent des abstractions de communication et de synchronisation. augmentent l'expressivité du langage en permettant de définir des communicat ions et des synchronisations latentes. 1.6 Structure Ce document est organisé en 6 chapitres. Mis à part le présent chapitre d'introduction, ie chapitre 2 décrit les principes de la programmation parallèle en Java. Le chapitre 3 explique les bases de la programmation en CML ainsi que son implantation. Une évaluation de ces deux langages est faite au chapitre 4, de même qu'une proposition de nouveau concepts à intégrer à Java. Le chapitre 5 explique le choix de conception, l'architecture et l'implantation d'un nouveau paquetage HOJ (Higher Order Java) pour le langage Java. Des programmes de tests sont inclus de manière à pouvoir évaluer son efficacité. Pour conclure, le chapitre 6 résume les principaux points détaillés tout au long de ce mémoire. Il expose les différents problèmes rencontrés pour la réalisation de ce projet ainsi que les solutions apportées.

16 Chapitre 2 Programmation parallèle en Java 2.1 Introduction au langage Java Le Iangage Java, connu initialement sous le nom de Oak, a été créé par Sun Microsystems en 1995 dans le but de répondre à des problèmes d'ordre pratique de la programmation moderne. La croissance importante de 1'Internet a en effet modifié les besoins au niveau du développement et de la distribution logicielle. Pour s'adapter à ces modifications. un langage de programmation doit permettre le développement d'applications sécurisées. performantes et hautement robustes sur des plates-formes multiples et dans des réseaux hétérogènes, distribués. Java a été conçu pour répondre aux besoins des développeurs travaillant dans des environnements réseaux hétérogènes. Il permet donc d'exécuter des applications indépendantes du système d'exploitation et de la machine utilisés dans un environnement sécurisé. Java est un langage auquel il peut être attribué un certain nombre de caractéristiques. C'est un langage à la fois: Orient6 objet: comme dans tous les langages de ce type, les données sont structurées en classes. Les classes contiennent des variables qui constituent la structure statique ainsi que des méthodes qui définissent le comportement dynamique des objets instances de ces classes. Ces dernières sont organisées selon une hiérarchie et héritent des propriétés de leurs super-classes. Le Iangage Java ne supporte pas l'héritage multiple donc une classe étant capable d'avoir plusieurs sous classes n'aura jamais qu'une seule super-classe. Simple: l'un des soucis majeurs lors de la conception du langage Java a été la sim plici té. Tout en héritant des caractéristiques de plusieurs autres langages tels C? C++ et SmallTalk, il se retrouve dénué de la pll~part des aspects qui augmentent leur complexité comme les pointeurs ou l'héritage multiple.

17 2.1 Introduction au iangage Java 14 Distribué: Java comporte une librairie permettant d'utiliser facilement des protocoles de communication TCP/IP tels que HTTP et FTP. De ce fait. une application Java peut accéder à des objets situés sur Internet via des URLs avec autant de facilité que des fichiers locaux. Parall&le: Java supporte la programmation parallèle c'est-à-dire que plusieurs processus ou threads sont en mesure de s'exécuter en parallèle avec la possibilité de s'échanger de l'information et de se synchroniser. Le langage Java intègre des primitives de synchronisation basées sur les paradigmes de variables de conditions et de moniteurs. Robuste: la robustesse de Java vient du fait qu'il est conçu pour être fiable dans de nombreuses situations. L'emphase est mise sur la vérification. Java effectue d'abord une vérification statique et recherche les problèmes éventuels. Une seconde vérification a lieu à l'exécution dans le but d'éliminer les situations génératrices d'erreurs. Sécurisé: Java à été créé afin de pouvoir, entre autres. être utilisé dans des environnements en réseau et distribués. De ce fait, la sécurité a constitué une contrainte importante lors de sa conception. Java procure deux niveaux de sécurité: l'un au niveau du langage et l'autre au niveau bytecode. Neutre d'architecture: les réseau en général sont composés de plusieurs systèmes avec des systèmes d'exploitation, des unités centrales et des architectures différents. En vue de permettre l'exécution des programmes Java sur des platesformes différentes et partout a travers le réseau, le compilateur génère du code objet pouvant être exécuté indépendamment de l'architecture: le bytecode. Interprété: Java est un langage interprété. Il est doté d'un interpréteur capable d'exécuter directement le bytecode sur n'importe quelle machine dotée d'une JVM. Le processus d'édition de liens n'est alors plus nécessaire et la rapidité du processus de développement s'en trouve accrue. Portable: la portabilité de Java est surtout due au fait qu'il est neutre d'architecture. De plus, sa spécification ne contient aucun aspect dépendant de l'implantation. La taille et les opération sur les t-vpes primitifs Java sont nettement spécifiées et les librairies définissent des interfaces portables.

18 2.2 Programmation parallèle Programmation parallèle La programmation parallèle en Java est basée sur le concept de thread. Dans un système informatique, plusieurs programmes ou processus peuvent être fragmentés en plusieurs composantes. Ces composantes encore appelées processus légers ou threads sont des flots de contrôle ayant la possibilité d'exécuter des instructions en parallèle. Ainsi, un processus comprenant plusieurs threads est en mesure d'exécuter autant de tâches en parallèle qu'il comporte de threads. Les applications Java qui utilisent les threads permettent. mis à part l'exécution simultanée de plusieurs tâches. d'augmenter le degré d'interaction avec l'utilisateur. Elles permettent également d'implanter des comportements asynchrones [Ber96]. Bien que le paquetage de threads de Java n'offre pas toutes les possibilités que certains autres plus complets, il a l'avantage d'être simple d'utilisation. Cette simplicité rend la programmation des threads plus facile à comprendre et les applications, de ce fait, plus robustes. 2.3 Création de threads II existe deux manières de créer des threads en Java: 0 l'utilisation des sous-classes de la classe Thread: l'utilisation de l'interface Runnable: L'une des façons de créer un thread Java est de spécialiser la classe pré- définie Thread du paquetage java-lang et de redéfinir sa méthode run. Le thread ainsi créé ne s'esécute que lors de l'appel de la méthode start. Cette méthode une fois lancée appelle la méthode principale du thread. soit sa méthode run. Java ne supporte pas l'héritage multiple. Il est donc nécessaire de prévoir une méthode autre que la spécialisation pour la création de threads notamment dans le cas des applets où la spécialisation est également nécessaire. Dans ce cas, un objet qui implante l'interface prédéfinie Runna ble peut être créé. Cet objet fournira les méthodes nécessaires, en l'occurrence la met hode run? au nouveau t hread. 2.4 Synchronisation Tant que les threads s'exécutent sans interagir les uns avec les autres, le problème de synchronisation ne se pose pas. Cependant, dans la plupart des applications multithreads. ils travaillent avec des données partagées, échangent de l'information et par

19 2.4 Synchronisation 16 conséquent sont obligés de tenir compte de l'état et de l'activité des autres threads. Dans de telles situations, il devient impératif de synchroniser les processus légers. La synchronisation en Java se fait à l'aide de variables partagées. Les threads qui se synchronisent accèdent à tour de role à ces variables s ~it pour y lire soit pour y écrire des informations. La synchronisation est gérée à deux niveau: au niveau de la machine virtuelle par les moniteurs, au niveau de la programmation par les méthodes wait. notify et notisall Niveau machine virtuelle Au niveau de la machine virtuelle de Java, ta synchronisation des threads se fait grâce à l'utilisation de moniteurs. Lorsque demu threads se syuchronisent. ils se partagent des objets appelés variables de condition. Le rôle des moniteurs est d'empêcher deux threads d'accéder simultanément à une même variable de condition. Dans un programme, les sections de code pouvant être utilisées à la fois par deux ou plusieurs t hreads en parallèle sont dites critiques. Les sections critiques sont identifiées dans un programme Java par le mot clé synchronized. Les sections de code critique seront de préférence des méthodes pour éviter les problèmes lors du débogage. Un moniteur unique est associé à chaque objet ayant une méthode synchronized. Son acquisition et sa libération se font automatiquement par l'environnement d'exécution de Java. Les threads ont la possibilité de réacquérir un moniteur qu'ils ont déjà. C'est l'une des qualités des moniteurs désignée par le terme reentrant. Ceci empêche l'inter-blocage des threads sur un moniteur déjà acquis. Par exemple, considérons la classe Reentrant illustrée à la table 2.1. La classe Reentrant contient deux méthodes synchronisées: a et b. La première méthode fait appel à la seconde. Arrivé à la méthode a, le thread actuel prend le moniteur pour l'objet Reentrant. a appelle b qui est également étiquetée synchronized. Le thread doit donc ré-acquérir le moniteur. si le système ne supportait pas les moniteurs reentrant (pouvant être acquis plus d'une fois par le même thread), cette séquence aboutirait à un inter-blocage Niveau programmation La synchronisation du niveau programmation est obtenue en utilisant une combinaison des méthodes wait, notify et notifyall. Ces méthodes ne peuvent être invoquées qu'a

20 claa Reentrant.c public synchronized void a() C Systern.out.println("Je suis dans la méthode a()"); 1 public synchonized void b() 1 System.outprintln("Je suis dans la méthode b()"); } Tableau 2.1: Classe Reentrant. partir d'une méthode ou d'un bloc synchronized[cw981. Méthode wait La méthode wait sans arguments met le thread en état d'attente et ce jusqu'à ce qu'un autre thread l'avertisse d'un changement de condition grâce aux méthodes notify ou notisall. Ln thread peut attendre indéfiniment si aucune de ces méthodes n'est appelée. Deus autres versions de la méthode wait permettent la limitation de l'attente à un certain nombre de milisecondes ou même de nanosecondes: wait(long limite) wait(long limite, int nanos) Méthodes notify et notifyall La méthode notify a pour eeet d'avertir arbitrairement l'un des threads en attente de la disponibilité du moniteur. Tous les autres threads continuent d'attendre. Afin d'obtenir un résultat moins arbitraire, nous utiliserons la méthode notifyall qui au lieu d'avertir un thread unique, avertit tous les threads en attente sur le moniteur. Ces derniers sont alors en condition de course pour ré-acquérir le moniteur Exemple de synchronisation de t hreads Cet exemple est basé sur celui du Producteur/Consommateur illustré dans le manuel "The Java Tutorial" de SUN [CW981. Considérons un auteur! un lecteur et une bibliothèque. L'auteur écrit un livre avec un numéro de série pouvant aller de O à 9. Il

21 2.4 Synchronisation 18 dépose son livre dans une bibliothèque et imprime le numéro de son livre. Après quoi, il s'endort un certain temps avant d'écrire un nouveau livre. Le lecteur de son côté ne manque jamais une occasion de lire et emprunte tous les livres de la bibliothèque dès que ces derniers sont accessibles. L'auteur et le lecteur échangent des informations via la bibliothèque qui joue ici le rôle de variable partagée. Pour empêcher que le lecteur aille chercher un livre qu'il a déjà lu ou que l'auteur ne dépose de nouveau livre alors que le lecteur n'a pas lu le précédent, l'auteur et le lecteur doivent être synchronisés. Le lecteur ne doit lire qu'un livre à la fois. Le programme suivant utilise les deux mécanismes de synchronisation vu précédemment. soient les moniteurs et les méthodes wait, notify et notifyall. Les moniteurs empêchent l'auteur et le lecteur d'accéder simultanément à la bibliothèque. Les méthodes wait et notifiall sont utilisées au niveau de la bibliothèque pour assurer la coordination de l'auteur et du lecteur. Ces méthodes assurent que les livres déposés dans la bibliothèque ne sont empruntés qu'une seuie fois. Cet exemple permet d'illustrer les principaux aspects de la communication et de la synchronisation des threads Java. Le code donné par les tables 2.2 à 2.5 est composé de quatre classes principales: la classe Auteur qui définit le comportement du thread auteur. 0 la classe Lecteur qui définit le comportement du thread lecteur, la classe Bibliothèque qui constitue l'objet partagé par les deux threads? la classe AuteurLecteur qui constitue le programme principal. Classes Auteur et Lecteur Les classes Auteur et Lecteur sont définies comme étant des sous-classes de Thread. Elles héritent donc des propriétés et des méthodes de leur super-classe. Les classes Auteur et Lecteur contiennent deux données privées: une bibliothèque et un identificateur entier. Leur comportement est défini par la méthode run. Le producteur utilise la méthode déposer de la classe Bibliothèque pour envoyer une série d'entiers et le consommateur utilise la méthode emprunter de la classe Bibliothèque pour les récupérer. Classe Bibliothèque La classe Bibliothèque contient les méthodes nécessaires à la communication et à la synchronisation de l'auteur et du lecteur. Elle contient deux variables privées: un entier qui représente le contenu de la bibliothèque et un booléen enrayon indiquant

22 2.4 Synchronisation 19 class Auteur extends Thread { private Bibliothèque biblio: private int numéro; public auteur ( Bibliothèque b. int numéro) C biblio=b; this.numero=numero; 1 public void fun() { for (int i=o; i<10; i++) { biblio.deposer(i); system.out.println("l*auteur numéro " + this.numero+ " a déposé le manuel: If +i); try{sleep ((int) (Math.random() *100)); ) catch (InterruptedException e) {) 1 Tableau 2.2: Classe Auteur.

23 2.4 Synchronisation 20 class Lecteur extends Thread C private Bibliothèque biblio; private int numhro; pubiic lecteur ( Bibliothèque b, int numéro) C 3 public void run () C int manuel =O; for ( int i=0: i<10; i++) 1 manuel=biblio.emprunter(); system.out.println (II Le lecteur numéro +this.numero+ " a emprunte le manuel" +i); 1 1 Tableau 2.3: Classe Lecteur.

24 2.4 Synchronisation 21 class Bibliothèque { private int contenu; private boolean enrayon =faise; public synchronized int emprunter() { while (enrayon == false) try {wait(); ) catch (InterruptedException e){) 1 enrayon=false; notify All; return (contenu); 1 public synchronized void déposer ( int manuel) C while (enrayon == true) C try{wait(): ) catch ( InterruptedException e) {) 1 contenu =manuel; en Rayon= true; notifyall(); } Tableau 2.4: Classe Bibliothèque. class AuteurLecteur { public void main ( String fl args ) C Bibliothèque b = new Bibliothèque(); auteur a = new auteur (b.1); kteur I = new lecteur (b.1); a.start(); I.%art() ; > 3 Tableau 2.5: Classe AuteurLecteur: Programme principal.

25 la disponibilité de ce contenu. Elle contient également deux méthodes emprunter et déposer. Méthode emprunter La méthode emprunter est une méthode déclarée avec le modificateur synchronized, c'est à dire qu'un moniteur lui est associé pour empêcher son utilisation simultanée par plusieurs threads. Cette méthode est utilisée par le lecteur pour la récupération des données. Si la Bibliothèque est vide, alors le lecteur se met en attente jusqu7à ce qu'il soit notifié par l'auteur. La variable contenu est alors remplie. La variable enrayon est mise à false et le contenu est retourné. La méthode notisall est appelée afin d'avertir l'auteur. Méthode déposer Comme la méthode emprunter, Ia méthode déposer est une méthode déclarée avec le rnodificateu r synchronized. Elle est utilisée par l'auteur pour l'envoi de données. Si la bibliothèque est pleine alors l'auteur se met en attente jusqu'à ce qu'il soit notifié par le lecteur. Après quoi, la valeur à envoyer est mise dans Ia variable contenu. La enrayon est mise à true et le lecteur est averti. Exécution L 'esécut ion du programme génère les lignes suivantes: L'auteur numéro 1 a dépose le manuel: O Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: O L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 1 Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: 1 L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 2 Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: 2 L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 3 Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: 3 L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 4 Le lecteur numéro 1 a emprunte le manuel: 4 L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 5 Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: 5 L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 6 Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: 6 L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 7 Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: 7 L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 8 Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: 8 L'auteur numéro 1 a déposé le manuel: 9 Le lecteur numéro 1 a emprunté le manuel: 9