9.2 Threads erzeugen 

Für nebenläufige Programme in Java ist die Klasse Thread zuständig, und jeder laufende Thread ist ein Exemplar dieser Klasse. Die folgenden Abschnitte machen deutlich, wie der nebenläufige Programmcode verpackt und dem Thread zur Ausführung vorgelegt wird.

9.2.1 Threads über die Schnittstelle Runnable implementieren 

Damit der Thread weiß, was er ausführen soll, müssen wir ihm Anweisungsfolgen geben. Diese werden in einem Befehlsobjekt vom Typ Runnable verpackt und dem Thread übergeben. Wird der Thread gestartet, arbeitet er die Programmzeilen aus dem Befehlsobjekt parallel ab. Die Schnittstelle Runnable ist schmal und schreibt nur eine run()-Methode vor.

interface java.lang.Runnable

• void run() Diese Methode enthält den parallel auszuführenden Programmcode.

Wir wollen zwei Threads angeben, wobei einer zwanzigmal das aktuelle Datum und die Uhrzeit ausgibt und der andere einfach eine Zahl.

Listing 9.1    com/javatutor/insel/thread/DateCommand.java

package com.javatutor.insel.thread; 
 
public class DateCommand implements Runnable 
{ 
  public void run() 
  { 
    for ( int i = 0; i < 20; i++ ) 
      System.out.println( new java.util.Date() ); 
  } 
}

Listing 9.2    com/javatutor/insel/thread/CounterCommand.java

package com.javatutor.insel.thread; 
 
class CounterCommand implements Runnable 
{ 
  public void run() 
  { 
    for ( int i = 0; i < 20; i++ ) 
      System.out.println( i ); 
  } 
}

Unser parallel auszuführender Programmcode in run() besteht aus einer Schleife, die in einem Fall ein aktuelles Date-Objekt ausgibt und im anderen Fall einen Schleifenzähler.

9.2.2 Thread mit Runnable starten 

Nun reicht es nicht aus, einfach die run()-Methode einer Klasse direkt aufzurufen. Würden wir dies tun, dann wäre nichts nebenläufig, sondern wir würden einfach eine Methode sequenziell ausführen. Damit der Programmcode parallel zur Applikation läuft, müssen wir ein Thread-Objekt erzeugen und dann den Thread explizit starten. Dazu übergeben wir dem Konstruktor der Klasse Thread eine Referenz auf das Runnable-Objekt und rufen start() auf. Nachdem start() für den Thread eine Ablaufumgebung geschaffen hat, ruft es dann selbstständig die Methode run() genau einmal auf. Läuft der Thread schon, so löst ein zweiter Aufruf der start()-Methode eine IllegalThreadStateException aus.

class java.lang.Thread 
implements Runnable

• Thread( Runnable target ) Erzeugt einen neuen Thread mit einem Runnable, das den parallel auszuführenden Programmcode vorgibt.

• void start() Ein neuer Thread – neben dem die Methode aufrufenden Thread – wird gestartet. Der neue Thread führt die run()-Methode nebenläufig aus. Jeder Thread kann nur einmal gestartet werden.

Listing 9.3    com/javatutor/insel/thread/FirstThread.java, main()

Thread t1 = new Thread( new DateCommand() ); 
t1.start(); 
Thread t2 = new Thread( new CounterCommand() ); 
t2.start();

Beim Starten des Programms erfolgt eine Ausgabe auf dem Bildschirm, die in etwa so aussehen kann:

Thu Jan 18 15:40:20 CET 2006 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
Thu Jan 18 15:40:20 CET 2006 
10 
...

Deutlich ist die Verzahnung der beiden Threads zu erkennen. Was allerdings auf den ersten Blick etwas merkwürdig wirkt, ist die erste Zeile des Datum-Threads und viele weitere Zeilen des Zähl-Threads. Dies hat jedoch nichts zu sagen und zeigt deutlich den Nichtdeterminismus bei Threads. Interpretiert werden kann dies jedoch durch die unterschiedlichen Laufzeiten, die für die Datum- und Zeitsausgabe nötig ist.

Automatisches Starten während der Erzeugung

Erst der Aufruf der start()-Methode lässt den Thread ablaufen. Etwas eleganter ist der Weg, dass das Objekt seinen eigenen Thread verwaltet, der im Konstruktor gestartet wird. Dann muss dort ein Thread-Objekt für die Runnable-Umgebung angelegt und die start()-Methode ausgeführt werden. An einem Beispiel ausprobiert, kann das so aussehen: Eine Klasse DateThreadAutoStart soll beim Anlegen automatisch einen Thread starten. Dazu initialisiert der Standard-Konstruktor von DateThreadAutoStart ein neues Thread-Objekt mit der this-Referenz als Argument.

Listing 9.4    com/javatutor/insel/thread/DateThreadAutoStart.java, DateThreadAutoStart

class DateThreadAutoStart implements Runnable 
{ 
  DateThreadAutoStart() 
  { 
    new Thread( this ).start(); 
  } 
  public void run() 
  { 
    for ( int i = 0; i < 20; i++ ) 
      System.out.println( new Date() ); 
  } 
}

9.2.3 Der Name eines Threads 

Ein Thread hat eine ganze Menge Eigenschaften, wie einen Zustand, eine Priorität und auch einen Namen. Er kann mit setName() gesetzt und mit getName() erfragt werden.

class java.lang.Thread 
implements Runnable

• Thread( Runnable target, String name ) Erzeugt ein neues Thread-Objekt mit einem Runnable und setzt den Namen.

• final String getName() Liefert den Namen des Threads. Der Name wird im Konstruktor angegeben oder mit setName() zugewiesen. Standardmäßig ist der Name »Thread-x«, wobei x eine eindeutige Nummer ist.

• final void setName( String name ) Ändert den Namen des Threads. Wenn wir den Namen nicht ändern können, wird eine SecurityException ausgelöst.

9.2.4 Die Klasse Thread erweitern 

Da die Klasse Thread selbst die Schnittstelle Runnable implementiert und die run()-Methode mit leerem Programmcode bereitstellt, können wir auch Thread erweitern, wenn wir eigene parallele Aktivitäten programmieren wollen. Dann müssen wir kein Runnable-Exemplar mehr in den Konstruktor einfügen, denn wenn unsere Klasse eine Unterklasse von Thread ist, reicht ein Aufruf der geerbten Methode start(). Danach arbeitet das Programm direkt weiter, führt also kurze Zeit später die nächste Anweisung hinter start() aus. start() kann von uns auch überschrieben werden, was aber nur selten sinnvoll beziehungsweise nötig ist. Wir müssen dann darauf achten, super.start() aufzurufen, damit der Thread wirklich startet.

class java.lang.Thread 
implements Runnable

• void run() Diese Methode enthält den parallel auszuführenden Programmcode.

• Thread( String name ) Erzeugt ein neues Thread-Objekt und setzt den Namen. Sinnvoll bei Unterklassen, die den Konstruktor über super(name) aufrufen.

public class DateThread extends Thread 
{ 
  @Override 
  public void run() 
  { 
    for ( int i = 0; i < 20; i++ ) 
      System.out.println( new Date() ); 
  } 
}

Der Startschuss fällt für den Thread wieder beim Aufruf von start().

Thread t = new DateThread(); 
t.start();

Es geht auch ohne Zwischenspeicherung der Objektreferenz:

new DateThread().start();

Damit wir als Thread-Benutzer nicht erst die start()-Methode aufrufen müssen, kann ein Thread sich auch wieder selbst starten. Der Konstruktor enthält den Methodenaufruf start().

class DateThread extends Thread 
{ 
  DateThread() 
  { 
    start(); 
  } 
  ...  der Rest bleibt ... 
}

Was passiert, wenn wir run() an Stelle von start() aufrufen?

Ein Programmierfehler, der hin und wieder passiert, ist folgender: Statt start() rufen wir aus Versehen run() auf. Was geschieht? Fast genau das Gleiche wie bei start(), nur mit dem Unterschied, dass die Objektmethode run() nicht parallel zum übrigen Programm abgearbeitet wird. Der aktuelle Thread bearbeitet die run()-Methode sequenziell, bis sie zu Ende ist und die Anweisungen nach dem Aufruf an die Reihe kommen. Der Fehler fällt nicht immer direkt auf, denn die Aktionen in run() finden ja statt – nur nicht nebenläufig.

Erweitern von Thread oder Implementieren von Runnable?

Die beste Idee ist, Runnable-Objekte zu bauen, die dann dem Thread übergeben werden. Befehlsobjekte dieser Art sind recht flexibel, da die einfachen Runnable-Objekte leicht übergeben und sogar von Threads aus einem Thread-Pool ausgeführt werden können. Ein Nachteil der Thread-Erweiterung ist, dass die Einfachvererbung störend sein kann; erbt eine Klasse von Thread, ist die Erweiterung schon »aufgebraucht«. Doch ob eine Klasse Runnable implementiert oder Thread erweitert, eines bleibt: eine neue Klasse.

9.2.5 Wer bin ich? 

Eine Erweiterung der Klasse Thread hat den Vorteil, dass geerbte Methoden wie getName() sofort genutzt werden können. Wenn wir Runnable implementieren, dann genießen wir den Vorteil nicht.

Die Klasse Thread liefert mit der Klassenmethode currentThread() die Objektreferenz für das Thread-Exemplar, das diese Anweisung gerade ausführt. Auf diese Weise lassen sich nicht-statische Thread-Methoden wie getName() verwenden.

class java.lang.Thread 
implements Runnable

• static Thread currentThread() Liefert den Thread, der dieses Programmstück ausführt.

System.out.println( Thread.currentThread().getPriority() );   // 5

Falls es in einer Schleife wiederholten Zugriff auf Thread.currentThread() gibt, sollte das Ergebnis zwischengespeichert werden, denn der Aufruf der nativen Methoden ist nicht ganz billig.