Leistung und Herausforderungen
Leistungsmessung
Die Methoden nanoTime() oder System.currentTimeMillis() können verwendet werden, um die Ausführungszeit von Multithread-Code zu messen.
In diesem Video vergleicht der Code die Leistung der multithreaded und single-threaded Summierung von Array-Elementen in Java. Es wird ein Array mit zufälligen Ganzzahlen initialisiert, die Aufgabe auf mehrere Threads verteilt, um die Summe parallel zu berechnen, und anschließend die gleiche Summierung sequentiell durchgeführt, um die Ausführungszeiten zu messen und zu vergleichen.
Datenrennen
Race Conditions treten in multithreaded Programmen auf, wenn zwei oder mehr Threads gleichzeitig versuchen, auf eine gemeinsame Ressource ohne geeignete Synchronisation zuzugreifen. Dies kann zu unvorhersehbarem und fehlerhaftem Programmverhalten führen, da die Ergebnisse davon abhängen, wie die Threads parallel ausgeführt werden und wie schnell sie auf die gemeinsame Ressource zugreifen.
Dieses Problem wurde im vorherigen Abschnitt behandelt, wo gezeigt wurde, wie das Problem mit dem Schlüsselwort synchronized gelöst werden kann.
Unvorhersehbares Verhalten
Unvorhersehbares Verhalten kann durch unsachgemäße Synchronisation entstehen. Beispielsweise kann fehlende Synchronisation dazu führen, dass Threads mit veralteten Daten arbeiten.
In diesem Video zeigt der Code das Problem des unvorhersehbaren Verhaltens in nebenläufigen Anwendungen, das durch den unsynchronisierten Zugriff auf geteilte Zustände verursacht wird.
Dieses Problem kann durch die Verwendung des Schlüsselworts volatile behoben werden. Eine als volatile deklarierte Variable kann von mehreren Threads gleichzeitig geändert werden. Dies garantiert, dass der Wert der Variable nach der Änderung sofort für alle anderen Threads sichtbar ist.
Aber Sie müssen nicht alle Felder mit volatile deklarieren
Variablen, die mit volatile deklariert sind, werden bei jedem Lese- und Schreibzugriff mit dem Hauptspeicher synchronisiert. Das bedeutet, dass wenn ein Thread den Wert einer volatile-Variablen aktualisiert, die Änderung sofort für alle anderen Threads sichtbar ist und somit die Sichtbarkeit verbessert wird. Allerdings kann dies auch dazu führen, dass Lesezugriffe langsamer sind. Verwenden Sie volatile daher nur, wenn es notwendig ist.
Deadlock
Deadlock tritt auf, wenn zwei oder mehr Threads darauf warten, dass jeweils andere Ressourcen freigeben, und dadurch blockiert bleiben.
Im Video sind wir auf einen Deadlock gestoßen, als zwei Threads gleichzeitig die Monitore von Objekten in unterschiedlichen Reihenfolgen gesperrt haben. Dadurch entstand eine Situation, in der die Threads einfach darauf warteten, dass der jeweils andere die benötigten Monitore freigibt.
Um dieses Problem zu lösen, muss sichergestellt werden, dass solche Situationen nicht auftreten. Dies kann erreicht werden, indem alle Threads die Monitore der Objekte in der gleichen Reihenfolge sperren.
In diesem Fall verhindert der erste Thread, der den Monitor eines Objekts sperrt, dass andere Threads denselben Monitor sperren können, wodurch sie warten müssen, bis der erste Thread seine Aufgabe abgeschlossen hat. Erst nachdem der erste Thread fertig ist, gibt er den Monitor frei, sodass andere Threads fortfahren können.
Vermeidung von Multithreading-Problemen
Datensynchronisation: Das Schlüsselwort synchronized für Methoden und Codeblöcke verwenden, um Datenrennen zu verhindern.
Vermeidung von gegenseitigen Sperren: Sicherstellen, dass alle Threads Ressourcen in der gleichen Reihenfolge erwerben.
1. Welche Methode wird verwendet, um die Ausführungszeit von Code in Nanosekunden zu messen?
2. Wie nennt man das Problem, wenn mehrere Threads gleichzeitig versuchen, dieselbe Ressource zu verändern?
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Datenrennen
Race Conditions treten in multithreaded Programmen auf, wenn zwei oder mehr Threads gleichzeitig versuchen, auf eine gemeinsame Ressource ohne geeignete Synchronisation zuzugreifen. Dies kann zu unvorhersehbarem und fehlerhaftem Programmverhalten führen, da die Ergebnisse davon abhängen, wie die Threads parallel ausgeführt werden und wie schnell sie auf die gemeinsame Ressource zugreifen.
Dieses Problem wurde im vorherigen Abschnitt behandelt, wo gezeigt wurde, wie das Problem mit dem Schlüsselwort synchronized gelöst werden kann.
Unvorhersehbares Verhalten
Unvorhersehbares Verhalten kann durch unsachgemäße Synchronisation entstehen. Beispielsweise kann fehlende Synchronisation dazu führen, dass Threads mit veralteten Daten arbeiten.
In diesem Video zeigt der Code das Problem des unvorhersehbaren Verhaltens in nebenläufigen Anwendungen, das durch den unsynchronisierten Zugriff auf geteilte Zustände verursacht wird.
Dieses Problem kann durch die Verwendung des Schlüsselworts volatile behoben werden. Eine als volatile deklarierte Variable kann von mehreren Threads gleichzeitig geändert werden. Dies garantiert, dass der Wert der Variable nach der Änderung sofort für alle anderen Threads sichtbar ist.
Aber Sie müssen nicht alle Felder mit volatile deklarieren
Variablen, die mit volatile deklariert sind, werden bei jedem Lese- und Schreibzugriff mit dem Hauptspeicher synchronisiert. Das bedeutet, dass wenn ein Thread den Wert einer volatile-Variablen aktualisiert, die Änderung sofort für alle anderen Threads sichtbar ist und somit die Sichtbarkeit verbessert wird. Allerdings kann dies auch dazu führen, dass Lesezugriffe langsamer sind. Verwenden Sie volatile daher nur, wenn es notwendig ist.
Deadlock
Deadlock tritt auf, wenn zwei oder mehr Threads darauf warten, dass jeweils andere Ressourcen freigeben, und dadurch blockiert bleiben.
Im Video sind wir auf einen Deadlock gestoßen, als zwei Threads gleichzeitig die Monitore von Objekten in unterschiedlichen Reihenfolgen gesperrt haben. Dadurch entstand eine Situation, in der die Threads einfach darauf warteten, dass der jeweils andere die benötigten Monitore freigibt.
Um dieses Problem zu lösen, muss sichergestellt werden, dass solche Situationen nicht auftreten. Dies kann erreicht werden, indem alle Threads die Monitore der Objekte in der gleichen Reihenfolge sperren.
In diesem Fall verhindert der erste Thread, der den Monitor eines Objekts sperrt, dass andere Threads denselben Monitor sperren können, wodurch sie warten müssen, bis der erste Thread seine Aufgabe abgeschlossen hat. Erst nachdem der erste Thread fertig ist, gibt er den Monitor frei, sodass andere Threads fortfahren können.
Vermeidung von Multithreading-Problemen
Datensynchronisation: Das Schlüsselwort synchronized für Methoden und Codeblöcke verwenden, um Datenrennen zu verhindern.
Vermeidung von gegenseitigen Sperren: Sicherstellen, dass alle Threads Ressourcen in der gleichen Reihenfolge erwerben.
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