PDF de programación - LPS: Hilos y sincronización

Federico Peinado
www.federicopeinado.es

Depto. de Ingeniería del Software e
Inteligencia Artificial
disia.fdi.ucm.es

Facultad de Informática
www.fdi.ucm.es

Universidad Complutense de Madrid
www.ucm.es

 La ejecución de tareas en paralelo optimiza la

utilización de los recursos del sistema
• Ejemplo: cuando un proceso está esperando la finalización

de una operación de E/S, otros procesos pueden aprovechar
el procesador del sistema que en ese momento no se usa

 Las máquinas actuales pueden ejecutar varios

programas simultáneamente
• En teoría: sólo tantos como procesadores (núcleos) tengan
• En la práctica: intercalando la ejecución de varios procesos,

cambiando muy rápido entre ellos, “parece” como si se
ejecutaran simultáneamente (programación concurrente)
 La programación paralela/concurrente es mucho

más compleja que la convencional

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 Son las unidades básicas de ejecución de la programación

concurrente

 Procesos

• Disponen de su propio espacio de memoria
• Se pueden comunicar a través de pipes y sockets
 Hilos (threads, también llamados hebras)

• Ejecuciones simultáneas dentro de un mismo proceso (podemos

considerarlos como “procesos ligeros”)

• Su espacio de memoria es, por tanto, compartido

 Java pone más énfasis en los hilos que en los procesos

• La propia máquina virtual de Java es un único proceso con

múltiples hilos

• Java 6 sí propone nuevos mecanismos de control de procesos,

que no vamos a estudiar aquí…

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Cuando se inicia un programa en Java, la

máquina virtual crea un hilo principal
• El hilo se encargará de invocar al método main de

la clase que se comienza a ejecutar

• El hilo termina cuando se acaba de ejecutar el

método main

• Si el hilo principal crea otros hilos, éstos

comenzarán su ejecución de forma concurrente

• Sólo cuando no queda ningún hilo activo, es

cuando se termina el programa

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La clase principal para conseguir

concurrencia en Java es la clase Thread
• Dispone de un método start() que ocasiona la

ejecución del código que tenga dentro de su
método run() en un nuevo hilo

Todos los hilos se ejecutan en la misma

máquina virtual (mismo proceso)
• Por tanto comparten recursos, como la memoria
• En realidad sólo puede haber un hilo ejecutándose

a la vez (se alternan, gracias a la concurrencia)

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Esquema general

• Se implementar el método run, cuyo código define

lo que va a hacer el hilo durante su ejecución

• Se crear el hilo y se llama a su método start, que se

encarga, entre otras cosas, de llamar a run

Dos alternativas posibles para la creación

Implementando la interfaz Runnable

1.
2. Heredando de la clase Thread

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public class HelloRunnable implements Runnable {

System.out.println("Hello from a thread!");

public void run() {
}
public static void main(String args[]) {
}

(new Thread(new HelloRunnable())).start();

}
 Lo más recomendable para aplicaciones de tamaño medio-grande

• Es más flexible y permite combinar este interfaz con lo que heredemos de

cualquier otra clase

• Permite gestión de hilos de alto nivel mediante el API de Java:

java.util.concurrent

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System.out.println("Hello from a thread!");

public void run() {
}
public static void main(String args[]) {
}

(new HelloThread()).start();

public class HelloThread extends Thread {

}
 Lo más cómodo para aplicaciones simples, al resultar

ligeramente más sencillo que lo anterior

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 El planificador de la máquina virtual de Java

(MVJ) decide qué hilo ejecutar en cada momento
• La especificación no hace explícito el algoritmo a utilizar

 Hay cuestiones dependientes de la implementación

• La creación de un hilo en el S.O. subyacente
• La simulación de los hilos dentro de la MVJ

 Sí es obligatorio que el planificador tenga en

cuenta las prioridades de los hilos
• Si hay varios hilos con la misma prioridad, todos se deben

ejecutar en algún momento

• No es obligatorio que deban ejecutarse hilos de menor

prioridad si hay pendientes algunos con mayor prioridad

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 La clase Thread tiene dos métodos para trabajar

para cambiarla

con las prioridades
• setPriority(int) establece la prioridad del hilo. Puede
generar una excepción si:
 El parámetro es inválido, o
 El hilo que invoca al método no tiene los permisos necesarios
• getPriority() devuelve la prioridad del hilo
constantes estáticas en la clase Thread
• MAX_PRIORITY (=10): prioridad máxima
• MIN_PRIORITY (=1): prioridad mínima
• NORM_PRIORITY (=5): prioridad por defecto.

 Para los valores de las prioridades, existen tres

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 Tanto Swing como AWT crean un hilo nuevo

• Sirve para procesar los eventos de entrada (teclado y ratón)

 Consecuencias

• Es problemático leer de teclado desde el hilo principal con Swing

lanzado: dos hilos leen simultáneamente del mismo dispositivo

• Cuando hay eventos, el hilo de Swing es quien invoca los métodos

de usuario de procesado de eventos

 Para que la interacción con el usuario sea fluida, el hilo

de Swing tiene prioridad 6, y los hilos normales 5
• Cuando hay un evento de entrada, responde inmediatamente
• Cuando no hay eventos, el hilo está suspendido a la espera de los

mismos para no perjudicar a los otros hilos

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 Si la gestión del evento (hilo de Swing) lleva mucho

tiempo, el resto de los eventos no se procesan
• ¡La ventana parece no reaccionar a las órdenes del usuario!
 Evitar crear métodos largos de gestión de eventos
• Bloquean el funcionamiento de la GUI hasta que terminan

 Si el procesado de un evento va a durar demasiado,

el gestor debería:
1. Recopilar toda la información de los componentes Swing

adecuados

2. Crear un nuevo hilo que realice la tarea en paralelo

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 void sleep(long t) duerme el hilo durante al menos t

milisegundos
• Cuando transcurran, el hilo estará preparado para ejecutarse
• El planificador lo lanzará cuando considere oportuno

 void sleep(long milis, int nanos) versión con más
precisión (a nivel de nanosegundos)
• En la práctica, las implementaciones no tienen tanta precisión… 
InterruptedException que hay que capturar

 Las dos versiones del método sleep pueden generar la excepción

 void yield() pausa temporalmente el hilo

• No queda suspendido, sino que sigue estando preparado para la

ejecución

• El planificador se activa y carga otro hilo para ejecutar, que podría ser el

mismo

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 ¡No se puede parar la ejecución de un hilo desde fuera!

• En realidad sí, pero se desaconseja (métodos obsoletos)…

 Para parar un hilo de ejecución, tenemos que solicitárselo
mediante interrupt(), y confiar en que nos hará caso
 El hilo debería comprobar periódicamente si lo quieren
parar
• Algunos métodos de la librería de Java generan una excepción si
durante su ejecución se les intenta interrumpir (como es el caso
de sleep())
• Así se comprueba si nos han mandado una interrupción:
 Thread.interrupted()
• Así se comprueba si otro hilo ha recibido una interrupción:
 isInterrupted()

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// Hilo que presenta un mensaje importante cada 4 segundos
public class HiloObediente1 implements Runnable {

// ...
public void run() {

for (int i = 0; i < importantInfo.length; i++) {

// Paramos 4 segundos
try {Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
}// Escribimos el mensaje
System.out.println(importantInfo[i]);

// Nos han pedido terminar. Obedecemos
return;

}}// ...

}

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// Hilo que multiplica 10000 matrices de 1000x1000
public class HiloObediente2 extends Runnable {

// ...
void run() {

}}
// ...

}

for (int i = 0; i < 10000; i++) {

this.multiplicaMatriz(i);
if (Thread.interrupted())

// Nos han pedido que acabemos...
break; // o return;

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Esperar la ejecución de un hilo t para
continuar la ejecución
•t.join()

Comprobar si un hilo está activo

•t.isAlive()

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 El hecho de que varios hilos compartan el

mismo espacio de memoria puede causar dos
problemas
1.
2.

Interferencias
Inconsistencias

 Algunos hilos necesitan esperar a otros para

disponer de datos importantes o evitar
problemas de acceso simultáneo a recursos
• Java proporciona mecanismos de sincronización de

hilos para tratar estos problemas

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 Proporcionan exclusión mutua para acceder a un recurso
 Uso de synchronized al declarar un método

compartido
public synchronized void metodo()
• No es posible ejecutar simultáneamente dos métodos
sincronizados del mismo objeto
 Sincronizando todo, se pierde la ventaja de la

concurrencia… pero se puede sincronizar únicamente
la parte del código del método que interesa:
public void addName(String nam