Galileo Computing :: Java ist auch eine Insel

10.2 Threads erzeugen

Die folgenden Abschnitte verdeutlichen, wie der nebenläufige Programmcode in einen Runnable verpackt und dem Thread zur Ausführung vorgelegt wird.

10.2.1 Threads über die Schnittstelle Runnable implementieren

Damit der Thread weiß, was er ausführen soll, müssen wir ihm Anweisungsfolgen geben. Diese werden in einem Befehlsobjekt vom Typ Runnable verpackt und dem Thread übergeben. Wird der Thread gestartet, arbeitet er die Programmzeilen aus dem Befehlsobjekt parallel zum restlichen Programmcode ab. Die Schnittstelle Runnable ist schmal und schreibt nur eine run()-Methode vor.

interface java.lang.Runnable

void run() Diese Methode enthält den parallel auszuführenden Programmcode.

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Wir wollen zwei Threads angeben, wobei einer zwanzigmal das aktuelle Datum und die Uhrzeit ausgibt und der andere einfach eine Zahl.

Listing 10.1 com/tutego/insel/thread/DateCommand.java

package com.tutego.insel.thread; 
 
public class DateCommand implements Runnable 
{ 
  @Override public void run() 
  { 
    for ( int i = 0; i < 20; i++ ) 
      System.out.println( new java.util.Date() ); 
  } 
}

Listing 10.2 com/tutego/insel/thread/CounterCommand.java

package com.tutego.insel.thread; 
 
class CounterCommand implements Runnable 
{ 
  @Override public void run() 
  { 
    for ( int i = 0; i < 20; i++ ) 
      System.out.println( i ); 
  } 
}

Unser parallel auszuführender Programmcode in run() besteht aus einer Schleife, die in einem Fall ein aktuelles Date-Objekt ausgibt und im anderen Fall einen Schleifenzähler.

10.2.2 Thread mit Runnable starten

Nun reicht es nicht aus, einfach die run()-Methode einer Klasse direkt aufzurufen. Würden wir dies tun, dann wäre nichts nebenläufig, sondern wir würden einfach eine Methode sequenziell ausführen. Damit der Programmcode parallel zur Applikation läuft, müssen wir ein Thread-Objekt mit dem Runnable verbinden und dann den Thread explizit starten. Dazu übergeben wir dem Konstruktor der Klasse Thread eine Referenz auf das Runnable-Objekt und rufen start() auf. Nachdem start() für den Thread eine Ablaufumgebung geschaffen hat, ruft es intern selbstständig die Methode run() genau einmal auf. Läuft der Thread schon, so löst ein zweiter Aufruf der start()-Methode eine IllegalThreadStateException aus.

Listing 10.3 com/tutego/insel/thread/FirstThread.java, main()

Thread t1 = new Thread( new DateCommand() ); 
t1.start(); 
 
Thread t2 = new Thread( new CounterCommand() ); 
t2.start();

Beim Starten des Programms erfolgt eine Ausgabe auf dem Bildschirm, die in etwa so aussehen kann:

Tue Aug 21 16:59:58 CEST 2007 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
Tue Aug 21 16:59:58 CEST 2007 
10 
...

Deutlich ist die Verzahnung der beiden Threads zu erkennen. Was allerdings auf den ersten Blick etwas merkwürdig wirkt, ist die erste Zeile des Datum-Threads und viele weitere Zeilen des Zähl-Threads. Dies hat jedoch nichts zu bedeuten und zeigt deutlich den Nichtdeterminismus bei Threads. Interpretiert werden kann dies jedoch durch die unterschiedlichen Laufzeiten, die für die Datums- und Zeitausgabe nötig sind.

class java.lang.Thread 
implements Runnable

Thread( Runnable target ) Erzeugt einen neuen Thread mit einem Runnable, das den parallel auszuführenden Programmcode vorgibt.

void start() Ein neuer Thread – neben dem die Methode aufrufenden Thread – wird gestartet. Der neue Thread führt die run()-Methode nebenläufig aus. Jeder Thread kann nur einmal gestartet werden.

Automatisches Starten während der Erzeugung

Erst der Aufruf der start()-Methode lässt den Thread ablaufen. Etwas eleganter ist der Weg, dass das Objekt seinen eigenen Thread verwaltet, der im Konstruktor gestartet wird. Dann muss dort ein Thread-Objekt für die Runnable-Umgebung angelegt und die start()-Methode ausgeführt werden. An einem Beispiel ausprobiert, kann das so aussehen: Eine Klasse DateThreadAutoStart soll beim Anlegen automatisch einen Thread starten. Dazu initialisiert der Standard-Konstruktor von DateThreadAutoStart ein neues Thread-Objekt mit der this-Referenz als Argument.

Listing 10.4 com/tutego/insel/thread/DateThreadAutoStart.java, DateThreadAutoStart

class DateThreadAutoStart implements Runnable 
{ 
  DateThreadAutoStart() 
  { 
    new Thread( this ).start(); 
  } 
 
  @Override public void run() 
  { 
    for ( int i = 0; i < 20; i++ ) 
      System.out.println( new Date() ); 
  } 
}

Hinweis Wenn ein Thread im Konstruktor gebildet wird, sollte die Arbeitsweise bei der Vererbung beachtet werden. Nehmen wir an, eine Klasse leitet von einer anderen Klasse ab, die im Konstruktor einen Thread startet. Bildet die Applikation ein Exemplar der Unterklasse, so werden bei der Bildung des Objekts immer erst die Konstruktoren der Oberklasse aufgerufen. Dies hat zur Folge, dass der Thread schon läuft, auch wenn das Objekt noch nicht ganz gebaut ist. Die Erzeugung ist erst abgeschlossen, wenn nach dem Aufruf der Konstruktoren der Oberklassen der eigene Konstruktor vollständig abgearbeitet wurde.

10.2.3 Der Name eines Threads

Ein Thread hat eine ganze Menge Eigenschaften – wie einen Zustand, eine Priorität und auch einen Namen. Er kann mit setName() gesetzt und mit getName() erfragt werden.

class java.lang.Thread 
implements Runnable

Thread( Runnable target, String name ) Erzeugt ein neues Thread-Objekt mit einem Runnable und setzt den Namen.

final String getName() Liefert den Namen des Threads. Der Name wird im Konstruktor angegeben oder mit setName() zugewiesen. Standardmäßig ist der Name »Thread-x«, wobei x eine eindeutige Nummer ist.

final void setName( String name ) Ändert den Namen des Threads.

10.2.4 Die Klasse Thread erweitern

Da die Klasse Thread selbst die Schnittstelle Runnable implementiert und die run()-Methode mit leerem Programmcode bereitstellt, können wir auch Thread erweitern, wenn wir eigene parallele Aktivitäten programmieren wollen.

Listing 10.5 com/tutego/insel/thread/DateThread.java, DateThread

public class DateThread extends Thread 
{ 
  @Override public void run() 
  { 
    for ( int i = 0; i < 20; i++ ) 
      System.out.println( new Date() ); 
  } 
}

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Dann müssen wir kein Runnable-Exemplar mehr in den Konstruktor einfügen, denn wenn unsere Klasse eine Unterklasse von Thread ist, reicht ein Aufruf der geerbten Methode start(). Danach arbeitet das Programm direkt weiter, führt also kurze Zeit später die nächste Anweisung hinter start() aus.

Thread t = new DateThread(); 
t.start();

Es geht auch ohne Zwischenspeicherung der Objektreferenz:

new DateThread().start();

Die Methode start() kann von uns auch überschrieben werden, was aber nur selten sinnvoll beziehungsweise nötig ist. Wir müssen dann darauf achten, super.start() aufzurufen, damit der Thread wirklich startet.

Damit wir als Thread-Benutzer nicht erst die start()-Methode aufrufen müssen, kann ein Thread sich auch wieder selbst starten. Der Konstruktor enthält den Methodenaufruf start().

class DateThread extends Thread 
{ 
  DateThread() 
  { 
    start(); 
  } 
  // ...  der Rest bleibt ... 
}

class java.lang.Thread 
implements Runnable

void run() Diese Methode enthält den parallel auszuführenden Programmcode.

Thread( String name ) Erzeugt ein neues Thread-Objekt und setzt den Namen. Sinnvoll bei Unterklassen, die den Konstruktor über super(name) aufrufen.

Was passiert, wenn wir run() an Stelle von start() aufrufen?

Ein Programmierfehler, der hin und wieder passiert, ist folgender: Statt start() rufen wir aus Versehen run() auf. Was geschieht? Fast genau das Gleiche wie bei start(), nur mit dem Unterschied, dass die Objektmethode run() nicht parallel zum übrigen Programm abgearbeitet wird. Der aktuelle Thread bearbeitet die run()-Methode sequenziell, bis sie zu Ende ist und die Anweisungen nach dem Aufruf an die Reihe kommen. Der Fehler fällt nicht immer direkt auf, denn die Aktionen in run() finden ja statt – nur nicht nebenläufig.

Erweitern von Thread oder Implementieren von Runnable?

Die beste Idee wäre, Runnable-Objekte zu bauen, die dann dem Thread übergeben werden. Befehlsobjekte dieser Art sind recht flexibel, da die einfachen Runnable-Objekte leicht übergeben und sogar von Threads aus einem Thread-Pool ausgeführt werden können. Ein Nachteil der Thread-Erweiterung ist, dass die Einfachvererbung störend sein kann; erbt eine Klasse von Thread, ist die Erweiterung schon »aufgebraucht«. Doch ob eine Klasse Runnable implementiert oder Thread erweitert, eines bleibt: eine neue Klasse.

10.2.5 Wer bin ich?

Eine Erweiterung der Klasse Thread hat den Vorteil, dass geerbte Methoden wie getName() sofort genutzt werden können. Wenn wir Runnable implementieren, genießen wir diesen Vorteil nicht.

Die Klasse Thread liefert mit der Klassenmethode currentThread() die Objektreferenz für das Thread-Exemplar, das diese Anweisung gerade ausführt. Auf diese Weise lassen sich nicht-statische Thread-Methoden wie getName() verwenden.

Beispiel Gib die aktuelle Priorität des laufenden Threads aus:

System.out.println( Thread.currentThread().getPriority() );   // 5

Falls es in einer Schleife wiederholten Zugriff auf Thread.currentThread() gibt, sollte das Ergebnis zwischengespeichert werden, denn der Aufruf der nativen Methoden ist nicht ganz billig.

class java.lang.Thread 
implements Runnable

static Thread currentThread() Liefert den Thread, der das laufende Programmstück ausführt.

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