psp-b1 hilos y procesos

UT 3: sincronización y prioridad

Semáforos

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1.2 Sincronización de Threads: semáforos

Hasta ahora hemos visto el mecanismo de sincronización basado en el uso de monitores...

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1.2 Sincronización de Threads: semáforos

Los monitores permitían sincronizar dos hilos

Siempre consumíamos un dato una y solo una vez.

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Hemos visto:

• Uso avanzado de conceptos en Java (secciones críticas: synchronized, herencia, interfaces, etc)
• Patrones de diseño (Decorator)
• Uso del API de Java (clases útiles, métodos)
• Colecciones de Java

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• Conceptos avanzados de Java
• Módulo complementario de otros...

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1.2 Sincronización de Threads: semáforos

semáforos

Otro posible mecanismo para sincronizar hilos son los semáforos.

Un semáforo es un mecanismo para permitir o bien restringir el acceso a recursos compartidos en un entorno de multiprocesamiento, con varios procesos concurrentes.

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Veamos un ejemplo implementado en Java, mediante la clase Semaphore del paquete java.util.concurrent.

• Se presentan dos clases que implementan hilos (Thread).
• Queremos que HiloPrioritario se ejecute siempre antes que HiloNoPrioritario, con lo que vamos a utilizar un semáforo para ello.

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En este ejemplo creamos un Semáforo.

El hilo prioritario tomará el semáforo, se ejecutará, y una vez finalice su ejecución lo liberará para que el hilo no prioritario lo pueda coger.

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Los métodos importantes son:

• release() y acquire()

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Libera el semáforo (contador +1)

Adquiere el semáforo (contador -1)

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release(): ejecutado por un hilo para liberar el semáforo cuando el propio hilo ha terminado su ejecución.

• El hilo que posee el semáforo en un momento determinado, lo libere para que otro hilo lo pueda empezar a utilizar.
• Puede recibir un número n, que será incrementado a la variable permits.

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acquire(): ejecutado por un hilo para acceder al semáforo con una particularidad: puede recibir un número n, que será decrementado la variable permits.

• Para que un hilo pueda tomar el control de un semáforo con este método, la variable permits > 0. 

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Si cuando construimos el Semáforo, lo hacemos pasándole un 0 en el constructor, permits valdrá 0, con lo que el hilo no prioritario no podrá ser nunca el primero en ejecutarse, ya que necesita que el hilo prioritario llame al release(). 

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permits: +1

permits: +n

permits: -1

permits: -n

permits: n

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EJEMPLO PRÁCTICO

Una aplicación de los semáforos podría servir para simular el comportamiento de un navegador web.

Un programa al que le indicamos una URL a visitar, accede a ella, descarga el contenido HTML del documento para mostrárnoslo, y además, descarga todos los ficheros auxiliares necesarios para mostrarnos todo el contenido de la página, esto es, ficheros Javascript, CSS, imágenes, vídeos, etc.

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EJEMPLO PRÁCTICO

Por ejemplo, cuando accedemos a Google, podemos ver que el navegador realiza 20 peticiones distintas para poder mostrarnos la página:

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EJEMPLO PRÁCTICO

En la imagen anterior podemos ver todos los ficheros que son necesarios descargar para mostrar la página (hasta 20). En la parte derecha, vemos una línea del tiempo que indica cuándo se empieza a descargar cada recurso, y cuándo termina ésta. Vemos que varios se van haciendo en paralelo.

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EJEMPLO PRÁCTICO

Por ejemplo, el primer recurso que se descarga (después del propio documento HTML de la página de Google),

es una imagen con la URL:

https://www.google.es/images/nav_logo231.png

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EJEMPLO PRÁCTICO

Dependiendo del navegador, la cantidad de ficheros que es capaz de descargar en paralelo varía.

Existen, por ejemplo, navegadores que sólo son capaces de descargar 2 a la vez.

A continuación, podríamos simular este comportamiento con una aplicación Java que utilice semáforos.

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EJEMPLO PRÁCTICO

La clase principal crearía un semáforo que sólo permitirá 2 descargas simultáneas.

Se simula descargar una página web que para ser visualizada necesita descargar en background otros 10 archivos.

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Por motivos de simplicidad, hacemos una espera de entre 0,5 y 3 segundos, que sería lo que podría tardar en descargarse cada recurso individual.

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EJEMPLO PRÁCTICO

Si quisiéramos dotar a la aplicación de un comportamiento más acorde al mundo real, podríamos sustituir el sleep del hilo por un código para parsear el HTML(que vaya buscando entre el código todos los recursos externos que la página necesita, y por cada uno de éstos, lanzar una instancia de FileDownloader, descargando uno a uno a disco).

Esto sería lo que hace un navegador web para mostrar las páginas al usuario.

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