Frage zu Threads (Sichtbarkeit und Verhalten)

S

schmitzi9000

Gast
Gegeben sei folgende Konstellation:

Java:
public class Foo extends Thread{
    
    private volatile boolean isRunning = true;
    
    private Dummy someDummy = new Dummy();
    
    @Override
    public void run(){
        while(isRunning){
            someDummy.bar();
            Thread.sleep(500L);
        }
    }
    
    public void shutDown(){
        isRunning = false;
        someDummy.status();
    }

}

public class Dummy{
    private int someNumber  = 0;
    public void bar(){
       someNumber++;
    }
    public void status(){
        System.out.println(someNumber);
    }
}

Nehmen wir mal an die Referenz auf eine Instanz der Klasse Foo wird in mehreren Threads gehalten. D.h. der Thread, der die Instanz von Foo erzeugt und den Thread startet kann ein anderer sein als derjenige, der shutDown callt.

Foo ist ja selbst ein Thread. Dadurch, dass isRunning volatile ist, wird sichergestellt, dass Foo sofort mitbekommt, wenn ein anderer Thread diese Variable modifiziert. Soweit so gut. Wie sieht es jedoch mit der Klasse Dummy aus? Diese kann ja nicht als volatile deklariert werden. Um sie threadsafe zu machen müsste man den Zugriff auf someDummy in Foo synchronizen (oder Dummy selbst threadsafe machen).

Wie sieht es aber mit der Sichtbarkeit aus, wenn man das nicht tut? Undefiniert? Gibt es außer synchronized einen anderen Weg, sicherzustellen, dass alle zugreifenden Threads die "most up to date" Version von someDummy sehen?

Auf den Hintergrund würde ich gern im nächsten Post eingehen, sonst kommen zu viele Fragen auf einmal. Danke im Voraus :)
 

Tobias

Top Contributor
Die Sichtbarkeit von Dummy bzw eigentlich die von Dummy#someNumber ist undefiniert. Allerdings sollte bei vernünftiger Verwendung ja eigentlich sichergestellt sein, dass Dummy nur von Foo manipuliert wird (Thread Confinement). Damit sind schon mal eine Reihe von Problemen erledigt. Der ausgegebene Wert muss aber nicht unbedingt stimmen / aktuell sein. Hier hilft nur explizites Synchronisieren, u. U. auch durch Verwendung von volatile oder AtomicInteger.
 

Gregorrr

Bekanntes Mitglied
Benutzt ihr auch das richtige Wort? Was hat denn Sichtbarkeit damit zu tun? Sichtbarkeit beschreibt die 4 unterschiedlichen Möglichkeiten für den *Programmierer* den Zugriff auf bestimmte Variablen zu erhalten.
Code:
synchronized
ist kein Sichtbarkeits-Modifierer...
 
S

schmitzi9000

Gast
Allerdings sollte bei vernünftiger Verwendung ja eigentlich sichergestellt sein, dass Dummy nur von Foo manipuliert wird (Thread Confinement).

Was bedeutet das genau? Laut obigem Code hat ja nur Foo Zugriff auf Dummy. shutdown allerdings kann ja von einem beliebigem Thread aus gecallt werden.

Sagen wir mal Foo wird von Thread#1 als "fooInstanz" instanziert und gestartet. Thread#2 erhält diese Instanz und callt irgendwann einmal shutDown(). Zu diesem Zeitpunkt "sieht" fooInstanz (wenn es someDummy.status() callen würde) meinetwegen den Wert "10". Thread#2 erhält als Ausgabe aber "8".

Dass sowas auftreten kann, ist doch eigentlich nicht im Sinne von Thread Confinement oder?
 

Tobias

Top Contributor
Ne, ich hab ja auch geschrieben, dass der ausgegebene Wert nicht stimmen muss - eben weil die Sichtbarkeit der Variablen Dummy#someNumber nicht definiert ist. Hier musst du mit expliziter Synchronisation (über welchen Mechanismus auch immer) nachhelfen. Streng genommen war Thread Confinement der falsche Begriff, weil er sich in meinem Post nur auf die schreibenden, nicht aber auf die lesenden Zugriffe bezog.

Edit: Durch die Beschränkung der schreibenden Zugriffe auf einen Thread hast du zumindest das Problem der "Lost Updates" erschlagen.
 

Tobias

Top Contributor
@Gregorrr: Sichtbarkeit (der Änderungen) ist schon der richtige Begriff, hier geht es darum, ob ein Thread Änderungen eines anderen Threads am Zustand eines Objekts wahrnimmt oder nicht. Über synchronized läßt sich das erzwingen, es wird eine "Happens-before-Relationship" zwischen der Modifikation und dem lesenden Zugriff aufgebaut.
 
S

schmitzi9000

Gast
Ok danke, soweit herrscht bei mir dann schon mal Klarheit :) . Jetzt zum eigentlichen Fall, um den es mir geht. Dummy wird durch die Klasse ServerSocket ersetzt. Ansonsten ist die Konstellation gleich.
Java:
public class Foo extends Thread{
    
    private volatile boolean isRunning = true;
    
    private ServerSocket ssocket = new ServerSocket(1337);
    
    @Override
    public void run(){
        while(isRunning){
            Socket s = ssocket.accept();
            //do something with s
        }
    }
    
    public void shutDown(){
        isRunning = false;
        ssocket.close();
    }
 
}

ServerSocket ist nicht threadsafe. ssocket kann ich jedoch nicht synchronizen, da shutDown die Blockade von "accept" dann nicht durchbrechen kann. Der Code oben wäre also so nicht threadsafe, korrekt? Und ich sehe auch keinen Weg, ihn mit diesen Klassen threadsafe zu machen. (Ich weiß allerdings nicht genau wie AtomicReference arbeitet, vielleicht ginge das ja damit).

P.S. habe dieses "Problem" schon gelöst, mich interessiert lediglich diese Konstellation und wollte mich gern mit euch darüber austauschen ;) .
 

Tobias

Top Contributor
Ich würde ein "echtes" Thread Confinement machen:

Java:
public class Foo extends Thread{
    
    private volatile boolean isRunning = true;
    
    private ServerSocket ssocket = new ServerSocket(1337);
    
    @Override
    public void run(){
        while(isRunning){
            Socket s = ssocket.accept();
            //do something with s
        }
        ssocket.close();
    }
    
    public void shutDown(){
        isRunning = false;
    }
 
}

Mit AtomicReference müsste sich das allerdings auch einfach lösen lassen - das ist meiner Meinung nach aber nicht eben elegant.

Edit: Ausdruck.
 
Zuletzt bearbeitet:
S

schmitzi9000

Gast
Würde so ja nicht funktionieren, da accept blocked und damit shutdown erst durchgeführt werden könnte, wenn sich ein Client connected hat.
 

Tobias

Top Contributor
Mh, ja, stimmt :oops:. Allerdings ist ServerSocket beim Schließen ja doch synchronisiert, deine erste Lösung sollte also funktionieren (wobei ich den Teil, in dem ServerSocket#accept() auf das #close() reagiert nicht nachvolllziehen konnte, weil es sich um eine native Methode handelt).

Andernfalls würdest du über AtomicReference auch nicht glücklich, weil die Referenz auf den ServerSocket ja unveränderlich und für dich völlig irrelevant ist - der innere State des ServerSockets wird dadurch (und auch nicht durch synchronized oder ähnliches) nicht thread-safe. Da aber die Close- und die isClosed()-Methode über ein Lock arbeiten, müsste alles im grünen Bereich sein.
 
S

schmitzi9000

Gast
Da hast du recht, unschön finde ich an der Lösung allerdings, dass eine SocketException geworfen wird, wenn durch close der accept Prozess unterbrochen wird, obwohl dies Bestandteil des regulären Programmablaufs ist.
Ist allerdings ein grundsätzliches Problem bei Java, dass Exceptions sich nicht sauber vom regulären Programmablauf trennen lassen.

Die Lösung, die ich verwende nutzt die Klassen ServerSocketChannel und SocketChannel. Damit kann ich in shutDown einfach this.interrupt(); callen, ServerSocketChannel.accept reagiert darauf und bricht ab. Leider wird auch eine Exception geworfen aber ist wohl nicht zu vermeiden.

Vielen Dank für die Hilfe/die Erklärungen :) !
 
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