1/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Vláknové programování
část V
Lukáš Hejmánek, Petr Holub
{xhejtman,hopet}@ics.muni.cz
Laboratoř pokročilých síťových technologií
PV192
2014–03–25
2/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Přehled přednášky
Paměťový model Javy
GUI v Javě
Vlákna a JNI
3/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
long promenna = 10000000L;
4/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
happens-before
◾ částečné uspořádání
Tabulka převzata z JCiP, Goetz
5/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
Tabulka převzata z JCiP, Goetz
6/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
Piggybacking
◾ spojení happens-before pravidla s jiným pravidlem, obvykle monitorem
nebo volatile
◾ raději nepoužívat
◾ příklad: http://kickjava.com/src/java/util/
concurrent/FutureTask.java.htm
postaveno na tryReleaseShared happens-before tryAcquireShared
kombinace volatilní proměnné runner, do které tryReleaseShared
zapisuje s program order
7/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
void innerSet(V v) {
2 for (;;) {
int s = getState();
4 if (ranOrCancelled(s))
return;
6 if (compareAndSetState(s, RAN))
break;
8 }
result = v;
10 releaseShared(0);
done();
12 }
V innerGet() throws InterruptedException JavaDoc, ExecutionException Jav
2 acquireSharedInterruptibly(0);
if (getState() == CANCELLED)
4 throw new CancellationException JavaDoc();
if (exception != null)
6 throw new ExecutionException JavaDoc(exception);
return result;
8 }
8/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
1 protected int tryAcquireShared(int ignore) {
return innerIsDone()? 1 : -1;
3 }
5 /**
* Implements AQS base release to always signal after setting
7 * final done status by nulling runner thread.
*/
9 protected boolean tryReleaseShared(int ignore) {
runner = null;
11 return true;
}
13
boolean innerIsCancelled() {
15 return getState() == CANCELLED;
}
17
boolean innerIsDone() {
19 return ranOrCancelled(getState()) && runner == null;
}
9/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
líná inicializace
public class UnsafeLazyInitialization {
2 private static Resource resource;
4 public static Resource getInstance() {
if (resource == null)
6 resource = new Resource(); // unsafe publication
return resource;
8 }
10 static class Resource {
}
12 }
10/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
@ThreadSafe
2 public class SafeLazyInitialization {
private static Resource resource;
4
public synchronized static Resource getInstance() {
6 if (resource == null)
resource = new Resource();
8 return resource;
}
10
static class Resource {
12 }
}
líná inicializace thread-safe
11/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
@ThreadSafe
2 public class EagerInitialization {
private static Resource resource = new Resource();
4
public static Resource getResource() {
6 return resource;
}
8
static class Resource {
10 }
}
„dychtivá“ inicializace
využívá skutečnosti, že statické inicializátory jsou vždy dokončeny
před použitím třídy
12/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
@ThreadSafe
2 public class ResourceFactory {
private static class ResourceHolder {
4 public static Resource resource = new Resource();
}
6
public static Resource getResource() {
8 return ResourceFactory.ResourceHolder.resource;
}
10
static class Resource {
12 }
}
idiom líné inicializace s použitím holder class
využívá líné inicializace tříd
13/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
public class DoubleCheckedLocking {
2 private static Resource resource;
4 public static Resource getInstance() {
if (resource == null) {
6 synchronized (DoubleCheckedLocking.class) {
if (resource == null)
8 resource = new Resource();
}
10 }
return resource;
12 }
14/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Paměťový model Javy
public class DoubleCheckedLocking {
2 private static Resource resource;
4 public static Resource getInstance() {
if (resource == null) {
6 synchronized (DoubleCheckedLocking.class) {
if (resource == null)
8 resource = new Resource();
}
10 }
return resource;
12 }
Double Checked Locking anti-pattern
pomíjí možnost, že resource je v nedefinovaném stavu
od Java 5.0 možno spravit použitím volatile
nepoužívat
◾ ani v C/C++!
15/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Java SWING
Multiplatformní GUI v Javě
SWING single-thread rule
◾ všechny prvky mohou být vytvářeny, měněny a dotazovány pouze z
vlákna obsluhujícího události
◾ SwingUtilities.isEventDispatchThread – kontrola, zda jsme ve
vlákně obsluhující události
◾ SwingUtilities.invokeLater – předávání Runnable do vlákna
obsluhujícího události
◾ SwingUtilities.invokeAndWait – předávání Runnable do vlákna
obsluhujícího události a zablokuje se do dokončení akce
◾ callbacky se řeší pomocí akcí action listener z vlákna obsluhujícího
události
◾ dlouho běžící callbacky je možno odštípnout do nového vlákna (přímo
nebo přes Executory)
16/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Java SWING
Inicializace
public class JavaGUI {
2
public static void main(String[] args) {
4 CounterDialog dialog = new CounterDialog();
dialog.setSize(400,300);
6 dialog.setVisible(true);
}
8
}
17/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Java SWING
Předávání vláknu událostí SWINGu
@Override
2 public void run() {
for (int i = 0; i <= 1000; i++) {
4 if (shouldShutdown.get()) {
break;
6 }
final String labelText = String.valueOf(i);
8 javax.swing.SwingUtilities.invokeLater(new Runnable() {
public void run() {
10 counterLabel.setText(labelText);
}
12 });
try {
14 Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException ignored) {
16 }
}
18 runButton.setText("Run");
runButton.setEnabled(true);
20 }
18/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Java SWING
Callbacky
1 buttonRun.addActionListener(new ActionListener() {
public void actionPerformed(ActionEvent e) {
3 onRun();
}
5 });
private void onRun() {
2 if (!isRunning.get()) {
buttonRun.setText("Stop");
4 isRunning.set(true);
if (counterThread != null) {
6 try {
counterThread.join();
8 } catch (InterruptedException ignored) {
}
10 }
counterThread = new CounterThread(counterLabel, buttonRun);
12 counterThread.start();
} else {
14 buttonRun.setEnabled(false);
counterThread.requestShutdown();
16 counterThread.interrupt();
isRunning.set(false);
18 }
}
19/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Java Native Interfaces
Volání nativních metod z Javy
Struktura JNI volání
/* C */
2 JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
(JNIEnv *env, jobject obj, jstring javaString)
4 {
//ziskani nativniho retezce z javaString
6 const char *nativeString = (*env)->GetStringUTFChars(env, javaString, 0);
...
8 //nezapomenout uvolnit!
(*env)->ReleaseStringUTFChars(env, javaString, nativeString);
10 }
12 // C++
JNIEXPORT void JNICALL Java_ClassName_MethodName
14 (JNIEnv *env, jobject obj, jstring javaString)
{
16 //ziskani nativniho retezce z javaString
const char *nativeString = env->GetStringUTFChars(javaString, 0);
18 ...
//nezapomenout uvolnit!
20 env->ReleaseStringUTFChars(javaString, nativeString);
}
20/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Vlákna a JNI
Ukazatel na JNIEnv je platný pouze z vlákna, jemuž je přiřazen
◾ nelze předávat mezi vlákny
◾ stejný při opakovaných voláních v témže vlákně
Lokální reference nesmí opustit vlákno
◾ lokální reference jsou platné pouze v rámci daného volání
nelze se je uschovávat ve static proměnných
◾ převést na globální, pokud je třeba (NewGlobalRef)
◾ globální reference vylučují objekt z garbage collection
◾ existují slabé lokální reference (NewWeakGlobalRef)
umožňují garbage collection odkazovaného objektu
potřeba kvůli class unloading
musí se kontrolovat, zda odkazovaný objekt existuje (IsSameObject s
NULL parametrem)
21/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Vlákna a JNI
static jclass stringClass = NULL;
2 ...
if (stringClass == NULL) {
4 jclass localRefCls =
(*env)->FindClass(env, "java/lang/String");
6 if (localRefCls == NULL) {
return NULL; /* exception thrown */
8 }
/* Create a global reference */
10 stringClass = (*env)->NewGlobalRef(env, localRefCls);
12 /* The local reference is no longer useful */
(*env)->DeleteLocalRef(env, localRefCls);
14
/* Is the global reference created successfully? */
16 if (stringClass == NULL) {
return NULL; /* out of memory exception thrown */
18 }
}
20 ...
// potreba explicitne mazat
22 if (terminate) {
(*env)->DeleteGlobalRef(env, stringClass);
24 }
Zdroj: JNI Book
22/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Vlákna a JNI
Použití monitorů
◾ vždy monitor uvolnit
synchronized (obj) {
2 ... // synchronized block
}
1 if ((*env)->MonitorEnter(env, obj) != JNI_OK) ...;
...
3 if ((*env)->ExceptionOccurred(env)) {
... /* exception handling */
5 /* remember to call MonitorExit here */
if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) ...;
7 }
... /* Normal execution path. */
9 if ((*env)->MonitorExit(env, obj) != JNI_OK) ...;
Zdroj: JNI Book
23/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Vlákna a JNI
Wait/Notify
◾ generické volání metod (GetMethodID, CallVoidMethod)
◾ potřeba držet monitor
1 /* precomputed method IDs */
static jmethodID MID_Object_wait;
3 static jmethodID MID_Object_notify;
static jmethodID MID_Object_notifyAll;
5
void
7 JNU_MonitorWait(JNIEnv *env, jobject object, jlong timeout) {
(*env)->CallVoidMethod(env, object, MID_Object_wait, timeout);
9 }
11 void
JNU_MonitorNotify(JNIEnv *env, jobject object) {
13 (*env)->CallVoidMethod(env, object, MID_Object_notify);
}
15
void
17 JNU_MonitorNotifyAll(JNIEnv *env, jobject object) {
(*env)->CallVoidMethod(env, object, MID_Object_notifyAll);
19 }
Zdroj: JNI Book
24/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Vlákna a JNI
Explicitní získání JNIenv pro stávající vlákno
◾ např. callback volaný OS
◾ odkaz na JavaVM lze předávat mezi voláními a vlákny
◾ získání odkazu např. JNI_GetCreatedJavaVMs nebo GetJavaVM
1 JavaVM *jvm; /* already set */
3 f() {
JNIEnv *env;
5 (*jvm)->AttachCurrentThread(jvm, (void **)&env, NULL);
... /* use env */
7 }
Zdroj: JNI Book
25/25
Paměťový model Javy GUI v Javě Vlákna a JNI
Vlákna a JNI
Mapování vláknového modelu OS a JVM
◾ záleží, zda pro danou platformu JVM podporuje nativní vlákna
◾ závisí od dané platformy i od daného JVM
Můžeme implementovat v Javě afinitu k CPU
◾ závisí od dané platformy i od daného JVM
◾ sched_setaffinity(gettid(), ...)
◾ v praxi může pro danou platformu dobře fungovat