Seminar aus Softwareentwicklung

Präsentation zum Thema: "Seminar aus Softwareentwicklung"—  Präsentation transkript:

1 Seminar aus Softwareentwicklung
Threading unter .NET Daniel Grünberger

2 Inhalt Geschichtlicher Hintergrund Überblick über Threads
Synchronisation von Daten AppDomain Literatur Inhalt

3 Geschichtlicher Hintergrund
Anfang der Softwareentwicklung verwendeten die meisten Programme „nur einen“ Prozess Software-Programme wurden immer komplexer und umfangreicher– Verwendung von mehreren Prozessen Probleme: welcher Prozess bekommt wie viel CPU-Leistung? Welcher Prozess bekommt welche Ressourcen? Viel Aufwand für Prozess-Kommunikation und nicht wirklich effizient Lösung: Man erschuf einen leichtgewichtigen Prozess Entstehung der Threads Geschichtlicher Hintergrund

4 Überblick über Threads
Was ist ein Thread? Erstellen eines Threads Übergabe von Daten an Threads Überblick über Threads

5 Was ist ein Thread Ein Thread:
bezeichnet eine selbständig ausführbare Programm-Funktion kann unabhängig vom übrigen Programm ausgeführt werden kann so dutzende von Teilaufgaben scheinbar gleichzeitig ausführen Was ist ein Thread

6 Verwendung Falls Programm mehrere Dinge gleichzeitig machen soll, setzt man Threads ein Beispiel: Berechnung der Zahl PI (3, …) bis auf die Millionste Stelle genau Ohne Thread: Programm läuft ein paar Millionen Jahre ohne Output Mit Thread: Programm kann jederzeit unterbrochen werden Was ist ein Thread

7 Erstellen eines Thread
Klassen/Funktionen für Threads sind im Namensraum System.Threading zu finden z.B.: Start() Join() Sleep() Abort() ... Erstellen eines Thread

8 Erstellen eines Thread
Zustandsdiagramm Erstellen eines Thread

9 Erstellen eines Thread
Beispiel: using System; using System.Threading; namespace ThreadHelloWorld { class ThreadHelloWorldTest static void ThreadEntry() Console.WriteLine(“Hello Threading World”); } static void Main(string[] args) Thread t = new Thread (new ThreadStart(ThreadEntry)); t.Name = “Hello World Thread”; t.Priority = ThreadPriority.AboveNormal; t.Start(); t.Join(); Startpunkt: Funktion vom Typ void! Neue Instanz + festlegen des Startpunktes Optional: Name des Thread + Priorität Starten des Thread + Warten bis beendet Erstellen eines Thread

10 Übergabe von Daten an Threads
3 Möglichkeiten Daten zu übergeben: Verwendung von globalen Variablen Kapselung des „Entrypoints“ in eine eigene Klasse Verwendung von „thread local storage“ (TLS) Übergabe von Daten an Threads

11 Verwendung von globalen Variablen
using System; using System.Threading; namespace ThreadHelloWorldStaticInformation { class ThreadHelloWorldTest static string message; static void ThreadEntry() Console.WriteLine(message); } static void Main(string[] args) message = “Hello World”; Thread t = new Thread (new ThreadStart(ThreadEntry)); t.Start(); t.Join(); Thread gibt Wert der globalen Variable aus Wert der globalen Variable zuweisen Übergabe von Daten an Threads

12 Kapselung des „Entrypoints“ in eigene Klasse
using System; using System.Threading; namespace ThreadHelloWorld { class HelloWorld { private string message; public string Message { get{ return message;} set{ message = value;} } public void ThreadEntry() Console.WriteLine(message); class DynamicThreadInformation { static void Main(string[] args) HelloWorld first = new HelloWorld(); first.Message = “Hello World”; Thread t = new Thread (new ThreadStart(first.ThreadEntry)); t.Start(); t.Join(); Eigene Klasse: Daten werden einem Property zugewiesen Instanz erstellen, Daten zuweisen und Thread starten Übergabe von Daten an Threads

13 Verwendung von „thread local storage“ (TLS)
using System; using System.Threading; namespace ThreadHelloWorld { class ThreadLocalStorage static LocalDataStoreSlot slot; static void ThreadEntry() Console.WriteLine(“The data in the slot is: {0}”, (string)Thread.GetData(slot)); } static void Main(string[] args) String message = “Hello World”; slot = Thread.AllocateDataSlot(); Thread.SetData(slot,message); Thread t = new Thread (new ThreadStart(ThreadEntry)); t.Start(); t.Join(); Daten werden von TLS ausgelsen Daten werden in TLS gestellt Übergabe von Daten an Threads

14 Synchronisation von Daten
Relativ einfache Datenübergabe an Threads Jedoch Problem bei Multithreading – falls mehrere Threads auf gleiche Daten / Ressourcen zugreifen wollen Synchronisation von Daten

15 Multithreading - Beispiel 1(1/2)
class Worker { private int Fib(int x) return ((x<=1)?1:(Fib(x-1)+Fib(x-2))); } public void doWork() string item = Convert.ToString(Thread.CurrentThread.Name) + “ “; for (int i =0; i < 10; i++) Console.WriteLine(“Thread {0} {1} {2}”, item,i,Fib(30)); Entrypoint für Thread Synchronisation von Daten

16 Multithreading - Beispiel 1(2/2)
class UnsynchronizedTest { static void Main(string[] args) Worker wq = new Worker(); Thread a = new Thread( new ThreadStart(wq.doWork)); a.Name = “a”; Thread b = new Thread( new ThreadStart(wq.doWork)); b.Name = “b”; Thread c = new Thread( new ThreadStart(wq.doWork)); c.Name = “c”; Thread d = new Thread( new ThreadStart(wq.doWork)); d.Name = “d”; Thread e = new Thread( new ThreadStart(wq.doWork)); e.Name = “e”; a.Start(); b.Start(); c.Start(); d.Start(); e.Start(); } Threads werden nicht synchronisiert gestartet Synchronisation von Daten

17 Synchronisation von Daten
Ergebnis? Nicht Zufriedenstellend!! Synchronisation von Daten

18 Synchronisation von Daten
Warum? Jeder Thread versucht CPU-Leistung zu bekommen Kein geordnetes vorgehen Im schlimmsten Fall kann es Threads geben, die niemals CPU-Leistung bekommen Synchronisation von Daten

19 Allgemeine Synchronisationsprobleme
Race-Condition: zeitlich unkoordinierte Arbeit zweier Threads gefährden den erfolgreichen Ablauf eines Programms Deadlock: Bei einem Deadlock warten zwei oder mehrere Threads aufeinander, und keiner kann sich aus dieser Situation befreien Bsp: Dining Philosphers,… Synchronisation von Daten

20 Race-Condition Löschen eines Listenelements
public void ThreadProcA(int index) { lock(GlobalList) GlobalList.Items.RemoveAt(index); } public void ThreadProcB() For (int x =0; x < GlobalList.Items.Count; x++) //… mehrere zeitaufwändige Operationen GlobalList.Items[x] = … // irgendeine Manipulation Es kann vorkommen, dass auf leere Listenelemente zugegriffen wird - FEHLER Datenmanipulation: z.B.: Ausgabe © 2003 Daniel Grünberger

21 Deadlock Resource A wird gesperrt Wartet vergeblich auf Ressource B
public void ThreadProcA() { lock(RefA) //… lock(RefB) } public void ThreadProcB() Wartet vergeblich auf Ressource B Resource B wird gesperrt Wartet vergeblich auf Ressource A Synchronisation von Daten

22 Synchronisation von Daten
Gegenmaßnahmen Funktion Monitor bzw. Lock verwenden Verhindert, dass mehrere Threads gleichzeitig auf die gleiche Ressource zugreifen Man kann Ressourcen für Threads sperren und wieder freigeben Synchronisation von Daten

23 Funktion Monitor – Lock
Monitor.Enter(this) // kritische Ausführung Monitor.Exit(this); Bzw. try { Monitor.Enter(this); // kritische Ausführung} Finally Monitor.Exit(this) } entspricht: lock(this) //kritische Ausführung Synchronisation von Daten

24 Multithreading - Beispiel 2
public void doWork() { Monitor.Enter(this); string item = Convert.ToString(Thread.CurrentThread.Name) + “ “; for (int i =0; i < 10; i++) Console.WriteLine(“Thread {0} {1} {2}”, item,i,Fib(30)); } Monitor.Exit(this); Synchronisation von Daten

25 Synchronisation von Daten
Ergebnis Liefert das gewünschte Ergebnis Synchronisation von Daten

26 AppDomain Was ist ein AppDomain? Funktionsweise
© 2003 Daniel Grünberger

27 Was ist ein AppDomain Ein AppDomains kann als eine Art Prozess gesehen werden, mit dem kleinen Unterschied, das dieser weniger Ressourcen verbraucht Machen Applikation sicherer und vielseitiger Werden auch als „leichtgewichtiger“ Prozess bezeichnet Was ist ein AppDomain

28 Was ist ein AppDomain Jede Applikation besitzt einen Standard-AppDomain und kommt auch damit aus Applikation kann aber beliebig viele AppDomains verwalten Verwendung: bei Verwendung von Bibliotheken die „nicht sicheren Code“ beinhalten -> in AppDomain kapseln Plug-Ins im Internet-Explorer … Was ist ein AppDomain

29 Was ist ein AppDomain Was ist ein AppDomain

30 Unterschiede zwischen AppDomain und einem Thread
AppDomain existiert für die Dauer der Applikation ein Thread hingegen existiert nur für eine bestimmte Zeit innerhalb eines AppDomains Was ist ein AppDomain

31 Funktionsweise AppDomain kann mittels der Methode CreateDomain() erzeugt werden Beispiel: … AppDomain aDomain = AppDomain.CreateDomain(“My Domain”); ObjectHandle objHandle = aDomain.CreateInstance( “ProgCSharp”, // der Assembly Name “ProgCSharp.Shape”, // Typ-Name mit Namensraum False, // Groß-Kleinschreibung ign. System.Reflection.BindingFlags.CreateInstance, null, // Binder new object[] {3,5}, // Argumente null, // Culture null, // Aktivierungsattribute null // Sicherheitsattribure ); Funktionsweise

32 Funktionsweise using System; public class MyApp {
public static int main(string[] argv) { // create Domain AppDomain child = AppDomain.CreateDomain(“childapp”); // execute int r = child.ExecuteAssembly(“yourapp.exe”,null,argv); //unload domain AppDomain.Unload(child); // return result Return r; } Funktionsweise

33 Literatur Don Box, Chris Sells: Essential .NET, The Common Language Runtime, Addison-Wesley 2003 Kevin Burton: .NET Common Language Runtime Unleashed, Sams Publishing 2002 Dave Stutz, Ted Neward, Geoff Shilling: Shared Source CLI Essentials. O’Reilly 2003 Jesse Liberty: Programming C# 2nd Edition, O’Reilly & Associates Inc. 2002 Literatur

34 ENDE