RTP

RTP
Real-Time Programmatuur
hoofdstuk 8:
synchronisatie en communicatie
met gedeelde variabelen
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 1
RTP

overzicht
probleemstelling:
 producer - consumer probleem
 kritische sectie en conditionele synchronisatie


oplossing 1: busy waiting, suspend/resume: zie boek
oplossing 2: semaforen
 gebruik in POSIX


oplossing 3: conditionele kritische secties
oplossing 4: monitors
 gebruik in POSIX


protected objects in Ada
synchronized klassen in Java
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 2
RTP
Producer - Consumer
Concurrent:
… need buffer ...
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 3
RTP
Producer - Consumer
Synchronization

Unbounded Buffer
 Consumer:
Wait if buffer empty
Yolande Berbers

Bounded Buffer
 Consumer:
Wait if buffer empty
 Producer:
Wait if buffer full
Programmatuur voor real-time controle
slide 4
RTP
Producer - Consumer
Circular buffer
out out out
in
Yolande Berbers
in
in
in
in
in
Programmatuur voor real-time controle
slide 5
RTP
Producer - Consumer
Circular buffer
out
in
Yolande Berbers
in
in
Programmatuur voor real-time controle
slide 6
RTP
Producer - Consumer
Producer
Consumer
Item ip;
Item ic;
while (true) {
while(true) {
ip = produce(...);
while (counter == 0) {}
ic = buffer[out];
while (counter == n) {}
buffer[in] = ip;
out = (out + 1) % n;
in = (in+1) % n;
counter--;
counter++;
}
consume(ic);
}
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 7
RTP
Producer - Consumer
counter++
counter--
Load Rp,counter
Incr Rp
Store Rp,counter
Load Rc,counter
Decr Rc
Store Rc,counter
Monoprocessor:
Preemption between Load and Store
Multiprocessor:
Interleaving (Load before Load and Store)
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 8
RTP
Producer - Consumer
COUNTER = 4
Load
Incr
Rp,COUNTER
Rp
Process Control
Block (Producer)
Load Rc,COUNTER
Decr Rc
Store Rc,COUNTER
Rp=5
COUNTER = 3
Rp=5
Store
Rp,COUNTER
COUNTER = 5
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 9
RTP
Producer - Consumer
COUNTER = 4
COUNTER = 3
(incorrect)
COUNTER = 4
(correct)
COUNTER = 5
(incorrect)
Race condition
• # processes manipulate same data structure
• outcome depends on execution order
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 10
RTP
Critical Section Problem

{ P0, P1, ...,Pn-1}
with Pi process / thread

code accessing shared variable = critical section

At most one Pi executing in its critical section

Process:
Protocol
Entry
Critical Section (CS) ...
Exit
Remainder Section (RS) ...
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 11
RTP

Critical Section Problem
Mutual Exclusion (Correctness)
 at most one process in its critical section

Progress
(Lifeness)
 only processes not in RS may participate
 decision not postponed indefinitely

Bounded Waiting
(Fairness)
 bound on # times surpassed
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 12
RTP
Cooperating Processes
Cooperating Concurrent Processes (Threads):

outcome may be not deterministic

execution may be not reproducible (bugs …)

stop / resume processes may affect outcome!
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 13
RTP


semaforen
wat: eenvoudig laag-niveau mechanisme voor
wederzijdse uitsluiting en conditionele synchronisatie
hoe
 niet-negatieve geheel getal
 kan geïnitialiseerd worden
1 bij binaire semaforen
 gelijk welk positief getal bij tellende semaforen
 twee ondeelbare (atomaire) operaties zijn mogelijk
 wait(S)
oorspronkelijk P(S)

indien S > 0: verlaag S met 1, anders wacht tot S > 0 en verlaag dan

signal (S)
oorspronkelijk V(S)
verhoog S met 1

mogelijke problemen: deadlock, verhongering
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 14
RTP
semaforen
Dijkstra
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 15
RTP

semaforen
Integer value  0
0
means CLOSED
>0 means OPEN
(Atomic) Operations:
Initialization
P (proberen)
wait
V (verhogen)
signal
Yolande Berbers
Higher value:
More open
lock
unlock
Programmatuur voor real-time controle
slide 16
RTP
semaforen
P(s) 
while (s == 0) { }
WAIT
s--
;
V(s) 
s++;
C-Note: P and V are not procedure calls!
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 17
RTP semaforen : gebruik kritische sectie

Critical Section
typedef semaphore int;
semaphore s = 1;
while (true)
{
P(& s);
Critical Section …
V(& s);
Remainder section …
}
Yolande Berbers
C-Note: P and V are defined
as procedure calls!
Programmatuur voor real-time controle
slide 18
RTP semaforen : gebruik synchronisatie

Synchronization
Process 1
Process 2
…
Action1
…(&s);
V
...
P (&s);
Action2
...
semaphore s = 0
…
Action1;
V(&s);
...
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
…
P(&s);
Action2;
...
slide 19
RTP

semaforen : problemen
deadlock

semaphore s = 1;
semaphore r = 1;
P1
P(s);
// s == 0
…
P(r);
Yolande Berbers
vehongering
 possible if the queue is not a
FIFO queue
P2
…
P(r);
// r == 0
…
P(s);
Programmatuur voor real-time controle
slide 20
RTP

binaire semaforen
Two states:
lock (s) 
while (s == locked) { }
s = locked;
 locked
 open
unlock (s) 
s = open;
locked
Yolande Berbers
open
Note:
unlock(s) when open
= NOP
Programmatuur voor real-time controle
slide 21
RTP semaforen: producer-consumer
… buffer …
semaphore mutex = 1;
semaphore full = N;
semaphore empty = 0;
Producer
Consumer
while (true)
while (true)
{
{
ip = produce (…);
P (&empty);
P (&full);
CS
P (&mutex);
insert (buffer, ip);
CS
V (&mutex);
V (&mutex);
V (&full);
consume (ic);
V (&empty);
}
Yolande Berbers
P (&mutex);
ic = remove (buffer);
}
Programmatuur voor real-time controle
slide 22
RTP semaforen: producer-consumer
… buffer …
semaphore mutex = 1;
semaphore full = N;
semaphore empty = 0;
Producer
Consumer
while (true)
{
ip = produce (…);
while (true)
{
P (&full);
(&mutex);
P (&full);
P (&mutex);
(&empty);
P (&mutex);
insert (buffer, ip);
ic = remove (buffer);
V (&mutex);
V (&mutex);
}
Deadlock if
full == 0
V (&full);
consume (ic);
V (&empty);
}
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 23
RTP

ondersteuning voor semaforen
Ada, Java
 geen directe ondersteuning in de taal
 gemakkelijk om een package/klasse te maken die het aanbiedt
voor gebruik tussen taken
 8.4.5: klassiek voorbeeld van producer/consumer in Ada

C
 geen ondersteuning

POSIX
 tellende semaforen tussen aparte processen en voor
verschillende threads in een proces
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 24
RTP

POSIX semaforen
standard operations for counting semaphores
 initialize, wait, signal
typedef … sem_t;
int sem_init (sem_t *sem_location, int pshared, unsigned int value);
/* initializes the semaphore at location sem_location to value
pshared determines if used between processes or threads or
only between threads of the same process */
int sem_wait (sem_t *sem_location);
/* a standard wait operation on a semaphore */
int sem_post (sem_t *sem_location);
/* a standard signal operation on a semaphore */
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 25
RTP

POSIX semaforen
non-standard operations for counting sem.
 non-blocking wait, determining value of sem.
int sem_trywait (sem_t *sem_location);
/* attempts to decrement the semaphore
returns -1 if the call might block the calling process */
int sem_getvalue (sem_t *sem_location, int *value);
/* gets the current value of the semaphore to a location
pointed at by value */
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 26
RTP

nadelen van semaforen
semaforen leiden gemakkelijk tot fouten
(en zijn dus ongeschikt in real-time programmatuur)
 vergeet er 1 en het programma loopt fout
 heel moeilijk om te vinden waar precies wait of signal vergeten
 deadlock kan gemakkelijk optreden
(misschien maar in heel weinig voorkomende gevallen, maar
dat is juist moeilijk te testen)
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 27
RTP


conditionele kritische sectie
wat: een code-segment met garantie voor uitvoering
onder wederzijdse uitsluiting, en met mogelijkheid tot
conditionele synchronisatie
hoe:
 groepering van variabelen die beschermd moeten worden in
code-segmenten (region) die een naam krijgen
 wachtercode (guard) mogelijk voor conditionele synchronisatie

nadelen
 een proces dat wacht om binnen te treden moet, telkens er een
ander proces uittreedt, actief gemaakt worden voor het testen
van de wachtercode
 de code-segmenten kunnen ongestructureerd verspreid zijn
over het programma
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 28
RTP
conditionele kritische sectie: voorbeeld
process producer;
...
loop
region buf when buffer.size < N do
-- plaats een character in de buffer
end region
...
end loop
end
process consumer
...
loop
region buf when buffer.size > 0 do
-- neem een character uit de buffer
end region
...
end loop
end
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 29
RTP

monitors
wat
 gestructureerde manier om code-segmenten te schrijven met
garantie voor uitvoering onder wederzijdse uitsluiting, en met
mogelijkheid tot conditionele synchronisatie

hoe
 module met een verzameling van kritische secties die elk als
procedure of functie geschreven zijn
 module heet monitor
 alle variabelen die beschermd moeten worden zijn verborgen
(information hiding)
 conditie variabelen voor conditionele synchronisatie
 wait: blokkeert altijd het uitvoerende proces
 signal: deblokkeert een wachtend proces indien er zo één is
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 30
RTP
monitor: voorbeeld
monitor buffer;
export append, take;
const size = 32;
var buf: array[0...suze-1] of integer;
top, base : 0 .. size-1;
SpaceAvailable, ItemAvailable : condition;
NumberInBuffer : integer;
procedure append (I : integer) .....
procedure take (var I : integer) .....
begin (* initialisatie *)
NumberInBuffer := 0;
top := 0;
base := 0
end;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 31
RTP
monitor: voorbeeld
procedure append (I : integer);
begin
if (NumberInBuffer = size) then wait (SpaceAvailable);
buf[top] := I;
NumberInBuffer := NumberInBuffer + 1;
top := (top + 1) mod size;
signal (ItemAvailable);
end append;
procedure take (var I : integer);
begin
if (NumberInBuffer = 0) then wait (ItemAvailable);
I := buf[base];
base := (base + 1) mod size;
NumberInBuffer := NumberInBuffer - 1;
signal (SpaceAvailable);
end take;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 32
RTP

monitors (commentaar bij voorbeeld)
minstens 2 processen zijn betrokken
 één producent (maar het kunnen er meerdere zijn)
 één consument (maar het kunnen er meerdere zijn)

processen kunnen geblokkeerd zijn
 omdat ze de monitor proberen binnen te gaan
ze proberen append of take uit te voeren
 omdat ze wachten op een conditie
 er is bv geen plaats in de buffer
 of er zijn geen elementen in de buffer


er is dus een mogelijke wachtrij
 voor de monitor zelf
 en voor elke conditievariabele
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 33
RTP
monitors
monitor
procedure
condition var a
function
condition var b
thread requesting monitor access
thread executing in monitor
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 34
RTP

monitors
welk proces mag (exclusief) uitvoeren na een signal ?
 proces dat signal uitvoert (proces dat een wait deed wacht nog even)
 proces dat een wait deed (proces dat de signal doet moet nu wachten)

mogelijke semantiek voor signal
 signal mag alleen als laatse instructie voor verlaten van monitor

zoals in het producer/consumer voorbeeld

niet erg flexibel
 signal heeft als neven-effect een return (dus het uitvoerend proces
wordt verplicht de monitor te verlaten)
 proces dat signal uitvoert blijft uitvoeren; proces dat gedeblokkeerd is
moet daarna weer vechten om de monitor te mogen betreden
 proces dat de signal uitvoert blokkeert, en proces dat gedeblokkeerd
werd mag direct uitvoeren
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 35
RTP

monitors
voordeel van monitors
 gestructureerde manier voor het programmeren van
wederzijdse uitsluiting

nadeel van monitors
 laag-niveau manier voor het programmeren van conditionele
synchronisatie
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 36
RTP

mutexes and condition variables in POSIX
wederzijdse uitluiting:
 aan elke monitor koppelt men een mutex variabele
 operaties van monitor moeten omringd worden door oproepen
lock en unlock van mutex

conditie synchronizatie:
 door conditievariabelen gekoppeld aan mutex
 thread wacht op conditievariabele:
lock op geassocieerde mutex komt vrij
 thread hervat na wachten op conditievariabele:
thread heeft lock weer
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 37
RTP
mutexes and condition variables in POSIX
int pthread_mutex_init (pthread_mutex_t *mutex,
const pthread_mutexattr_t *attr);
/* initializes a mutex with certain attributes */
int pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *mutex);
/* lock the mutex; if already locked suspend calling thread
the owner of the mutex is the thread which locked it */
int pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *mutex);
/* unlock the mutex if called by the owning thread
undefined behavior if the calling thread is not the owner
undefined behavior if the mutex is not locked
when successful, results in release of a blocked thread */
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 38
RTP
mutexes and condition variables in POSIX
int pthread_cond_init (pthread_cond_t *cond,
const pthread_condattr_t *attr);
/* initializes a condition variable with certain attributes */
int pthread_cond_wait (pthread_cond_t *cond,
pthread_mutex_t *mutex);
/* called by thread which owns a locked mutex
(undefined behavior if the mutex is not locked)
atomically blocks the calling thread on the cond variable
and releases the lock on mutex
a successful return indicates that the mutex has been locked */
int pthread_cond_signal (pthread_cond_t *cond);
/* unblocks at least 1 blocked thread; no effect if no threads are
blocked; unblocked threads automatically contend for the
associated mutex /*
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 39
RTP
mutexes and condition variables in POSIX
int pthread_mutex_trylock (pthread_mutex_t *mutex);
/* the same as lock but gives error return if mutex already locked */
int pthread_cond_timedwait (pthread_cond_t *cond,
pthread_mutex_t *mutex, const st’ruct timespec *abstime);
/* the same as pthread_cond_wait, except that an error is returned
if the timeout expires */
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 40
RTP

mutexes and condition variables in
POSIX: producer-consumer
example: bounded buffer consisting of
 mutex
 two condition variables (buffer_not_full and buffer_not_empty)
 a count of number of elements
 the buffer itself
 the positions of first and last items in buffer
 routine ‘append’
 routine ‘take’
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 41
RTP

mutexes and condition variables in
POSIX: producer-consumer
note: lighter notation for calls in POSIX
 error conditions from POSIX: return -1
 for reliability: every call to system function should test the return
value
 in book: macro
#define SYS_CALL (A) if (sys_call(A) != 0) error()
/* where error is function which undertakes some error processing */
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 42
RTP
mutexes and condition variables in
POSIX: producer-consumer
# include “pthreads.h”
# define BUFF_SIZE 10
typedef struct {
pthread_mutex_t mutex;
pthread_cond_t buffer_not_full;
pthread_cond_t buffer_not_empty;
int count, first, last;
int buf [BUFF_SIZE];
} buffer;
/* an initialize routine is required */
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 43
RTP
mutexes and condition variables in
POSIX: producer-consumer
int append (int item, buffer *B) {
PTHREAD_MUTEX_LOCK (&B->mutex);
while (B->count == BUFF_SIZE)
PTHREAD_COND_WAIT (&B->buffer_not_full, &B->mutex);
/* put data in buffer and update count and last */
PTHREAD_MUTEX_UNLOCK (&B->mutex);
PTHREAD_COND_SIGNAL (&B->buffer_not_empty);
return 0;
}
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 44
RTP
mutexes and condition variables in
POSIX: producer-consumer
int take (int *item, buffer *B) {
PTHREAD_MUTEX_LOCK (&B->mutex);
while (B->count == 0)
PTHREAD_COND_WAIT (&B->buffer_not_empty, &B->mutex);
/* get data from buffer and update count and first */
PTHREAD_MUTEX_UNLOCK (&B->mutex);
PTHREAD_COND_SIGNAL (&B->buffer_not_full);
return 0;
}
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 45
RTP protected objects (enkel in Ada)

wat: gestructureerde manier voor het programmeren van
 code-segmenten met garantie voor uitvoering onder
wederzijdse uitsluiting
 conditionele synchronisatie

hoe
 analoog aan monitors (genoemd protected type) voor
wederzijdse uitsluiting
 maar meerdere lezers enkelvoudige schrijvers mogelijk
 analoog aan conditionele kritische secties (gebruik van barriers
(guard) bij entries) voor conditionele synchronisatie
 entry is analoog aan procedure, maar kan slechts uitgevoerd
worden indien aan de barrier voldaan is
 oproepen van entry zoals van een procedure
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 46
RTP

protected objects
een protected body heeft
 een specificatie
 een body

kunnen voorzien worden in de specificatie
 entries: dit zijn procedures die voorzien zijn van een conditie
voorwaarde voor uitvoeren: niemand voert het protected object
uit en de conditie is waar
 procedures: zijn niet voorzien van een conditie
 voorwaarde voor uitvoeren: niemand voert protected object uit
 functies: zijn niet voorzien van een conditie
 voorwaarde voor uitvoeren: niemand of alleen andere functies
voeren protected object uit (dit implementeert meerdere lezers)

Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 47
RTP Write Access to Protected Object
protected object
function
procedure
barrier queue
entry
task requesting read/write access
task requesting read access
task executing with read/write access
task executing with read access
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 48
RTP Read Access to Protected Object
protected object
function
procedure
barrier queue
entry
task requesting read/write access
task requesting read access
task executing with read/write access
task executing with read access
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 49
RTP
protected object: voorbeeld 1
protected type Shared_Integer (Initial_Value: Integer) is
function read return Integer;
procedure Write (New_Value: Integer);
procedure Increment (By: Integer);
private
The_Data : Integer := Initial_Value;
end Shared_Integer;
My_Data: Shared_Integer(42);
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 50
RTP
protected object: voorbeeld 1
protected body Shared_Integer is
function Read return Integer is
begin
return The_Data;
end Read;
procedure Write (New_Value: Integer) is
begin
The_Data := New_Value;
end Write;
procedure Increment (By: Integer) is
begin
The_Data := The_Data + By;
end Increment;
end Shared_Integer;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 51
RTP
protected object: voorbeeld 2
Buffer_Size : constant Integer := 10;
type Index is mod Buffer_Size;
subtype Count is Natural range 0 .. Buffer_Size;
type Buffer is array (Index) of Data_Item;
protected type Bounded_Buffer is
entry Get (Item: out Data_Item);
entry Put (Item: in Data_Item);
private
First : Index := Index’First;
Last : Index := Index’Last;
Number_In_Buffer : Count := 0;
Buf : Buffer;
end Bounded_Buffer;
My_Buffer: Bounded_Buffer;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 52
RTP
protected object: voorbeeld 2
protected body Bounded_Buffer is
entry Get (Item: out Data_Item)
when Number_In_Buffer > 0 is
begin
Item := Buf(First);
First := First + 1;
Number_In_Buffer := Number_In_Buffer - 1;
end Get;
entry Put (Item: in Data_Item)
when Number_In_Buffer < Buffer_Size is
begin
Last := Last + 1;
Buf(Last) := Item;
Number_In_Buffer := Number_In_Buffer + 1;
end Put;
end Bounded_Buffer;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 53
RTP
protected object: voorbeeld 3
protected Resource_Control is
entry Allocate;
procedure Deallocate;
private
Free : Boolean := True;
end Resource_Control;
protected body Resource_Control is
entry Allocate when Free is
begin
Free := False;
end Allocate;
procedure Deallocate is
begin
Free := True;
end Deallocate;
end Resource_Control ;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 54
RTP


protected object: voorbeeld 4
een taak wil een boodschap sturen naar andere taken die
hierop wachten
indien er geen wachtende taken zijn wordt er geen
boodschap achtergelaten
protected type Broadcast is
entry Receive (M: out Message);
procedure Send (M: Message);
private
New_Message : Message;
Message_Arrived : Boolean := False;
end Broadcast ;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 55
RTP
protected object: voorbeeld 4
protected body Broadcast is
entry Receive (M: out Message) when Message_Arrived is
begin
M := New_Message;
if Receive’Count = 0 then Message_Arrived := False;
end if;
end Receive;
procedure Send (M: Message) is
begin
if Receive’Count > 0 then
Message_Arrived := True;
New_Message := M;
end if;
end Send;
end Broadcast ;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 56
RTP

protected object: voorbeeld 5
pakket dat semaforen aanbiedt, geïmplementeerd met
behulp van een protected object
package Semaphore_Package is
type Semaphore (Initial : Natural := 1) is limited private;
procedure Wait (S: in out Semaphore);
procedure Signal (S: in out Semaphore);
private
protected type Semaphore (Initial : Natural := 1) is
entry Wait_Imp;
procedure Signal_Imp;
private
Value: Natural := Initial;
end Semaphore ;
end Semaphore_Package ;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 57
RTP
protected object: voorbeeld 5
package body Semaphore_Package is
protected body Semaphore is
entry Wait_Imp when Value > 0 is
begin Value := Value - 1;
end Wait_Imp;
procedure Signal_Imp is
begin Value := Value + 1;
procedure Wait (S: in out Semaphore);
end Signal_Imp;
begin S.Wait_Imp
end Semaphore;
end Wait;
procedure Signal (S: in out Semaphore);
begin S.Signal_Imp
end Signal;
end Semaphore_Package ;
end Semaphore_Package ;
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 58
RTP
Synchronization in Java
Comparable to
monitor with
1 condition variable
Unsynchronised
methods
Object
Ma
Ma
Ma
Ms
Ms
Synchronised
methods
Yolande Berbers
Object
Mb
Ma
Waiting
Queue
Ms
Waiting to
acquire the lock
Programmatuur voor real-time controle
Called
wait();
slide 59
RTP
Synchronization in Java
Object
Ma
Mb
wait()
Ms
Waiting
Queue
Mt
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 60
RTP
Synchronization in Java
Object
Ma
Mb
Ms
notify()
Waiting
Queue
Mt
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 61
RTP
Synchronization in Java
class BoundedBuffer {
...
public synchronized void put (int item) { ...}
public synchronized int get () { … }
public int countBuffer () { … } // returns # of items in buffer
...
}
Synchronized:
• unique lock (mutex) with each instance of that class
• synchronized method in Critical Section
• start of method: lock
• end of method: unlock
• locking/unlocking atomically
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 62
RTP
Synchronization in Java
class ReentrantClass {
...
public synchronized void a () { …; b(); … }
public synchronized void b () { … }
...
}
Java locks:
• re-entrant
• thread can reacquire a lock it already holds
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 63
RTP
Synchronization in Java
class PartlySynchronizedClass {
...
public void c () {
…;
synchronized (this) {
… CS …
}
...
}
...
}
Yolande Berbers
Only part of method
is synchronized
Programmatuur voor real-time controle
slide 64
RTP
Synchronization in Java
class PartlySynchronizedClass {
...
public void d () {
…;
synchronized (obj) {
… CS …
}
...
}
...
}
Yolande Berbers
Synchronize on
another object
Programmatuur voor real-time controle
slide 65
RTP
Synchronization in Java
Object.wait()
Only if Thread
relinquishes the lock
owns lock!
waits for a notification
resumes when a) notified and b) lock is reacquired
Object.wait (long timeout)
Object.wait (long timeout, int nanoseconds)
Object.notify()
notifies one thread waiting on that object
Object.notifyAll()
notifies all threads waiting on that object
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 66
RTP

Condition Variables
Java: no explicit condition variables
 awoken thread usually evaluates condition on which it is waiting
public class BoundedBuffer {
private int buffer[];
private int first;
private int last;
private int numberInBuffer = 0;
private int size;
public BoundedBuffer(int length) {
size = length;
buffer = new int[size];
last = 0;
first = 0;
};
Yolande Berbers
Programmatuur voor real-time controle
slide 67
public synchronized void put(int item)
throws InterruptedException
{
if (numberInBuffer == size) {
wait();
bij consumer-producer geen while nodig
};
last = (last + 1) % size ; // % is modulus
numberInBuffer++;
buffer[last] = item;
notify();
};
public synchronized int get() throws InterruptedException
{
if (numberInBuffer == 0) {
wait();
bij consumer-producer geen while nodig
};
first = (first + 1) % size ; // % is modulus
numberInBuffer--;
notify();
return buffer[first];
};
}