Chap10

MultiThread

Modern Programming Languages

10

โปรแกรมแบบมัลติเธรด (MultiThread) 10.1

โปรแกรมแบบมัลติเธรด

คุณสมบัติเดนอีกอยางหนึ่งของภาษาจาวาคือ ความสามารถในการพัฒนาโปรแกรมแบบมัลติเธรด คือ สามารถทํางานหลายงานพรอมกันได ซึ่งอาศัยหลักการทํางานแบบมัลติทาสกิ้ง (MultiTasking) โดยระบบมัลติ ทาสกิ้งอนุญาติใหผูใชสามารถสงโปรแกรมใหระบบปฏิบัติการทํางานไดมากกวาหนึ่งโปรแกรมพรอมกัน ซึ่งแตละ โปรแกรมที่รันอยูในระบบปฏิบัติการจะสราง process ขึ้นมา และในระบบปฏิบัติการแบบมัลติทาสกิ้งจะมี process หลายๆ process เขาคิวรอการทํางาน โดยระบบปฏิบัติการจะกําหนดลําดับของการทํางานของ process เอง ในโปรแกรมแบบมัลติเธรดจะเปนการทํางานพรอมกันโดยที่แตละงาน (process) จะเรียกวา เธรด (thread) ซึ่งแตกตางจาก process ที่ทํางานภายใตระบบปฏิบัติการแบบมัลติทาสกิ้งตรงที่ ในแตละเธรดจะทํางาน อยางเปนอิสระตอกัน ในแตละ thread มีสวนที่ใชขอมูลรวมกัน (share variable) โปรแกรมภาษาจาวาสามารถกําหนดการทํางานเปนแบบเธรดไดโดยการสรางอบบเจกตของคลาสใดๆ ใหทํางานแบบเธรด ซึ่งจะทําใหสามารถสรางรันโปรแกรมของออบเจกตแบบเธรดหลายๆออบเจกตไดพรอมกัน โดยภาษาจาวาจะมีตัวจัดตารางเวลา(Thread Scheduler) ของออบเจกตแบบเธรด เพื่อจัดลําดับการทํางานของ แตละออบเจกตแบบเธรด 10.2

การสรางคลาสแบบเธรด (Thread)

คลาสแบบเธรด คือคลาสที่สืบทอดคุณสมบัติจากคลาส Thread หรือคลาสที่ implements อินเตอรเฟส Runnable ในการสรางทั้งสองรูปแบบจะตองมีการ overriding เมธอด run() เพื่อระบุการทํางานแบบ thread ที่ ตองการออบเจกตที่ถูกสรางขึ้นจากคลาสแบบ Thread เรียกวา ออบเจกตแบบ Runnable interface Runnable void run()

implements

คลาสแบบ thread void run()

ถาไมมีเมธอด run() คอมไพลไมผาน ***ฉะนั้นตองมีการ overriding เมธอด run()

Thread void run()

คลาสแบบ thread

extends

void run()

เพื่อระบุการทํางานแบบ thread ในการสรางทั้ง 2 แบบ ถาไมมีเมธอด run() คอมไพลผาน แตไมระบุการทํางาน

[email protected]

1/10

MultiThread

Modern Programming Languages

10.2.1 การ extends คลาส Thread

รูปแบบ

โดยที่เมธอด run() จะประกอบดวยการทํางานที่มีลักษณะแบบเธรด การสรางและเริ่มตนการทํางานของออบเจกตเธรด ทําไดดังนี้

• •

ในบรรทัดที่ 1 และ 2 เปนการสรางออบเจกตชนิด Thread ชื่อ objName1 และ objName2 ตามลําดับ ในบรรทัดที่ 3 และ 4 เปนการเรียกใชงานเมธอด start() เพื่อสั่งใหออบเจกตชนิด Thread เริ่ม ทํางาน โดยการทํางานจะไปเรียกการทํางานที่เมธอด run() โดยการทํางานจะเกิดขึ้นพรอมๆกัน ดังรูปดานลาง objName1.start() objName2.start()

•

หากออบเจกตชนิด Thread ไมมีการเรียกใชงานเมธอด start() จะไมเกิดการทํางานแบบเธรด เชน เมื่อเรียกใชคําสั่งดังนี้ o o

•

objName1.run(); objName2.run();

จะเปนการทํางานตามคําสั่ง คือ เมื่อทําคําสั่ง objName1.run() เสร็จแลว จึงไปทํางานตอที่คําสั่ง objName2.run(); ดังรูปดานลาง objName1.run() objName2.run()

[email protected]

2/10

MultiThread

Modern Programming Languages

ตัวอยาง การสรางออบเจกตชนิด Thread ดวยการ extends คลาส Thread

ผลลัพธที่ไดจะไมเหมือนกันเสมอไป ตองลองรันโปรแกรมเพื่อดูผลที่เกิดขึ้น การทํางานในแตละเธรดจะ เกิดขึ้นพรอมๆ กัน 10.2.2 การ implements อินเตอรเฟส Runnable

รูปแบบ

ในการสรางลักษณะนี้จะตองมีการสรางออบเจกตของคลาส Thread กอน โดยคลาส Thread มีคอน สตรัคเตอร ทําการรับพารามิเตอรออบเจกตของ Runnable มีรูปแบบดังนี้

[email protected]

3/10

MultiThread

Modern Programming Languages

การสรางและเริ่มตนการทํางาน thread ทําไดดังนี้

• • •

ในบรรทัดที่ 1 และ 2 เปนการสรางออบเจกตชนิด Runnable ชื่อ objRunnable1 และ objRunnable2 ตามลําดับ ในบรรทัดที่ 3 และ 4 การสรางออบเจกตชนิด Thread โดยคอนสตรัคเตอรของคลาส Thread ทํา การรับพารามิเตอรออบเจกตของ Runnable ที่ไดสรางไวแลว ในบรรทัดที่ 5 และ 6 เปนการเรียกใชงานเมธอด start() เพื่อสั่งใหออบเจกตชนิด Thread เริ่ม ทํางาน โดยการทํางานจะไปเรียกการทํางานที่เมธอด run() ซึ่งเมธอด run() นี้อยูในคลาสซึ่ง implements อินเตอรเฟส Runnable โดยการทํางานจะเกิดขึ้นพรอมๆกัน

ตัวอยาง การสรางออบเจกตชนิด Thread ดวยการ implements อินเตอรเฟส Runnable โดยการทํา การปรับปรุงจากตัวอยางขางตน

[email protected]

4/10

MultiThread

Modern Programming Languages

การสรางคลาสแบบเธรดทั้งสองวิธีมีขอดีตางกันดังนี้ • การสรางคลาสโดยการสืบทอดคลาสที่ชื่อ Thread จะเปนการเขียนโปรแกรมที่สั้นกวา • การสรางคลาสโดย implement อินเตอรเฟส Runnable จะมีหลักการเชิงออปเจ็คที่ดีกวา เนื่องจาก คลาสดังกลาวไมใชคลาสที่สืบทอดมาจาก Thread โดยตรง นอกจากนี้ยังทําใหการเขียนโปรแกรมมี รูปแบบเดี่ยวกันเสมอ เพราะคลาสในจาวาจะสืบทอดไดเพียงคลาสเดียว 10.3

วัฏจักรการทํางานของ Thread New start scheduler

wake up notify() I/O Completer

run() Running

Runnable

Block

Dead

sleep wait() block on I/O

•

New เปนสถานะเมื่อมีการสรางออบเจกตคลาสแบบ thread แตยังไมเริ่มทํางาน

•

Runnable เปนสถานะที่ออบเจกตแบบ thread พรอมที่จะทํางาน ซึ่งเกิดจากสาเหตุดังนี้

การเรียกใชเมธอด start() o การกลับมาจากสถานะ Block • Running เปนสถานะที่รันคําสั่งของออบเจกตแบบ thread เมื่อตัวจัดตารางเวลา จัดลําดับการทํางาน ของ thread โดยทํางานตามชุดคําสั่งในเมธอด run() • Block เปนสถานะที่เกิดจากเหตุการณดังนี้ o มีการเรียกใชเมธอด sleep() o มีการเรียกใชเมธอด wait() o ออบเจกตแบบเธรด รอรับการทํางานที่เปนอินพุตหรือเอาตพุต ออบเจกตแบบ thread ที่อยูในสถานะ Block จะกลับเขาสูสถานะ Runnable ไดอีกครั้งหนึ่งเมื่อมีเหตุ การดังนี้ o เมื่อหมดเวลาที่กําหนดในเมธอด sleep() o เมื่อมีออบเจกต อื่นมาเรียกเมธอด notify() หรือ notifyAll() ในกรณีที่ถูก Block ดวยเมธอด o

wait()

เมื่อมีการสงขอมูลที่เปนอินพุตหรือเอาตพุต ในกรณีที่ออบเจกตแบบเธรด รอรับการทํางานที่ เปนอินพุตหรือเอาตพุต Dead เปนสถานะสิ้นสุดการทํางานของ thread เนื่องจากสิ้นสุดการทํางานของเมธอด run() หรือเมื่อมี การสงออบเจกตประเภท Exception o

•

[email protected]

5/10

MultiThread

10.4

เมธอดของคลาส Thread •

public void run() เปนเมธอดที่ถูกเรียกใชเมื่อ thread อยูในสภาวะที่พรอมทํางาน

•

public void start() เปนเมธอดที่เรียกใชงานเพื่อกําหนดใหออบเจกตแบบ thread เริ่มทํางาน โดย

• •

• • • • •

10.5

Modern Programming Languages

เขาสูสถานะ Runnable public void stop() เปนเมธอดที่กําหนดใหออบเจกตแบบ thread หยุดการทํางาน ไมรอใหสิ้นสุด การทํางานเอง public void wait() ใหออบเจกตแบบ thread เขาสูสถานะ Block จนกวาจะถูก thread อื่นเรียก เมธอด notify() จึงจะกลับมาทํางานได แตการเรียกเมธอด wait() จะตองถูกเรียกในเมธอดที่ระบุ เปน synchronized เทานั้น public void notify() ใชสําหรับใหออบเจกตแบบ thread ที่กําลังทํางานอยู บอกให thread ที่อยู ในสถานะ Block รูวาสามารถเขามาทํางานตอได public String getName() เปนเมธอดที่ใชในการรับชื่อของ thread public static void sleep(long mills) throws InterruptedException เปนเมธอดที่กําหนดใหออบเจกตแบบ thread ที่อยูในสถานะ Running หยุดการทํางาน

คือเขาสู

สถานะ Block เปนเวลา mills มิลลิวินาที public static void yield() เปนเมธอดที่ทําใหออบเจกตแบบ thread ที่กําลังทํางานอยูออกจาก สถานะ Running ไปสูสถานะ Runnable เพื่อให thread เขามาทํางาน

Synchronization

กรณีที่ออบเจกตแบบเธรดใชขอมูลรวมกัน อาจเกิดปญหาที่เรียกวา Race Condition ขึ้นได ซึ่งเปนกรณีที่ ออบเจกตแบบเธรดตางแยงกันจัดการขอมูลทําใหไดขอมูลที่ผิดพลาด เราสามารถใชคียเวิรด synchronized เพื่อ ชวยล็อกชุดคําสั่งที่ออบเจกตแบบเธรดตองทํางานพรอมกันไวได UnSynchronized

Synchronized

count() count() count() count()

[email protected]

6/10

MultiThread

Modern Programming Languages

ตัวอยาง การใชคียเวิรด synchronized ในการล็อกชุดคําสั่งที่ออบเจกตแบบเธรดตองทํางานพรอมกันไว ได โดยโปรแกรมนี้ทําการนับตัวเลข

ผลที่ได

•

ในบรรทัดที่ 23 และ 24 ทําการสรางออบเจกตชนิด Thread และเรียกใชงานเมธอด start() นั่นคือ การสั่งใหเธรดเริ่มทํางานจากโปรแกรม หากไมพิจารณาเมธอด count() ซึ่งถูกระบุขางหนาดวยคีย เวิรด synchronized ผลลัพธที่ไดนาจะเกิดการทํางานออบเจกตชื่อ “A” และออบเจกตชื่อ “B” ทํางานไปพรอมกัน แตเนื่องจากเมธอด run() เรียกใชงานในเมธอด count() ซึ่งเมธอดนี้ถูกระบุ ดวยคียเวิรด synchronized ทําใหผลลัพธที่ไดเกิดการทํางานออบเจกตชื่อ “A” เสร็จกอน จึงเขา ไปทํางานออบเจกตชื่อ “B”

[email protected]

7/10

MultiThread

10.6

Modern Programming Languages

Deadlock

ในกรณีที่ออบเจกตแบบเธรดถูกเรียกใชงานเมธอด wait() โดยไมมี thread ใดเรียกเมธอด notify() ทํา ใหไมสามารถมีการทํางานใดๆเกิดขึ้นได จึงทําใหเกิดเหตุการณที่เรียกวา Deadlock

[email protected]

8/10

MultiThread

Modern Programming Languages

แบบฝกหัด 1.

สราง ThreadFinal.java public class ThreadFinal extends Thread { public ThreadFinal(String n) { super(n); } public void run() { for (int i=0;i<5;i++) { System.out.println(getName()); try { sleep(100); } catch( InterruptedException e ) { } } } public static void main(String args[]) { for (int i=0;i<20;i++) new ThreadFinal("Thread:"+String.valueOf(i)).start(); } } จากโปรแกรมขางบน เปลี่ยนใหเปนการใช implements อินเตอรเฟส Runnable ดังนี้ class ThreadFinal implements Runnable {

} public static void main(String args[]) { //จงทําใหโปรแกรมทํางานเหมือนกับโปรแกรมขางบน

} }

[email protected]

9/10

MultiThread 2.

Modern Programming Languages

สรางโปรแกรมนาฬิกา ใหตัวอยางโปรแกรมในการแสดงเวลา ดังนี้ สราง Clock.htm <APPLET CODE="Clock.class" WIDTH=400 HEIGHT=400>

สราง Clock.java import java.applet.Applet; import java.awt.*; import java.util.Date; public class Clock extends Applet { Date date; int hour,minute,second; Font f = new Font("MonoSpaced",Font.BOLD,64); public void init() { } public void paint( Graphics g ) { date = new Date(); int hour= date.getHours(); int minute= date.getMinutes(); int second= date.getSeconds(); String time = String.valueOf(hour)+":" +String.valueOf(minute)+":"+String.valueOf(second); g.setFont(f); g.setColor( Color.blue ); g.drawString( time, 50, 50 ); } }

จากตัวอยางโปรแกรมขางตน การแสดงผลเวลายังไมเปน real time คือเปนการแสดงผลเวลา ขณะรันโปรแกรม หรือมีการปรับ ขนาดหนาจอเทานั้น ใหนักศึกษาทําการแสดงผลเวลาแบบ real time พรอมทั้งเพิ่ม การแสดงผล วันเดือนป ดวย ***ใชการสรางออบเจกตแบบ thread ชวย

[email protected]

10/10