Threads In dieser Übung beschäftigen wir uns mit der Realisierung von Threads in Java.

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1 Threads In dieser Übung beschäftigen wir uns mit der Realisierung von Threads in Java. Aufgabe 1: Erzeugen und Starten von Threads a) Sei BankKunde eine von einer Klasse Kunde abgeleitete Klasse. Erweitern Sie die Klasse BankKunde derart, dass Bankkunden nebenläufig als Java-Threads operieren können. Als Thread-Operation soll 50-mal Jetzt arbeitet <Kunde> ausgegeben werden, wobei <Kunde>der Name des Kunden ist. b) Erzeugen und starten Sie zwei BankKunden-Threads dagobert und donald. c) Analysieren Sie die Ausgabe des Programms. Starten Sie dazu das Programm mehrmals hintereinander. Ist die Ausgabe jeweils gleich, oder können Sie Unterschiede im Programmablauf erkennen? Hinweis: Sie können die Ausgabe auch zu Jetzt arbeitet <Kunde> zum <i>-ten Mal abändern, um evtl. stärkere Effekte zu beobachten. Aufgabe 2: Nebenläufigkeit und Scheduling von Threads a) Betrachten Sie die folgende Klasse Konto. public class Konto { private int kontostand = 50; // Anfangsstand 50 Euro public int getkontostand() { return this.kontostand; public void abbuchen(int betrag) { int kontostand = this.kontostand; this.kontostand = kontostand - betrag; Analysieren Sie alle möglichen Abläufe, wenn 2 verschiedene Threads auf das gleiche Konto zugreifen wollen (d.h. nebenläufig die Methode abbuchen aufrufen), und jeweils 30 bzw. 40 Euro abheben wollen. Wie ist jeweils der Kontostand am Ende? Konto konto = new Konto(); // Anfangs-Kontostand = 50 thread1: konto.abbuchen( 30 ); thread2: konto.abbuchen( 40 ); S. 1 / 7

2 thread1: konto.abbuchen( 30 ); thread2: konto.abbuchen( 40 ); b) Nicht ausgelastet? Analysieren Sie analog alle möglichen Abläufe und den daraus resultierenden Endbetrag des Kontostandes, wenn die Methode abbuchen wie folgt abgeändert wird: public void abbuchen(int betrag) { if (this.kontostand >= betrag) { int kontostand = this.kontostand; this.kontostand = kontostand - betrag; else { throw new IllegalArgumentException( "Keine Kontoüberziehung erlaubt."); thread1: konto.abbuchen( 30 ); thread2: konto.abbuchen( 40 ); c) Synchronisieren Sie die Aufrufe der Methode abbuchen durch das Schlüsselwort synchronized. Welche Abläufe und Kontoendstände sind hier möglich? public synchronized void abbuchen(int betrag) { if (this.kontostand >= betrag) { int kontostand = this.kontostand; this.kontostand = kontostand - betrag; else { throw new IllegalArgumentException( "Keine Kontoüberziehung erlaubt."); thread1:konto.abbuchen( 30 ); thread2:konto.abbuchen( 40 ); S. 2 / 7

3 Aufgabe 3: Tic TacToe a) Stellen Sie das Spiel Tic TacToe fertig (vgl. Übung 8). Hinweis: Die Ereignis-Bearbeitung können Sie analog zu der in Übung 8 realisieren, die Spielobjekte (Kreise und Kreuze) können Sie aus den vorherigen Übungen übernehmen (siehe Webseite der Veranstaltung). Implementieren Sie eine Ereignis-Verarbeitung für die beiden Buttons. Reagieren Sie auf ferner auf Mausklicks im Zeichenpanel. b) Nicht ausgelastet? Erweitern Sie die Ereignis-Bearbeitung derart, dass bei Änderung der Fenstergröße automatisch auch die Spielobjekte (Kreise und Kreuze) in ihrer Größe angepasst werden. Hinweis: Über die Änderung der Größe einer GUI-Komponente können Sie durch die ComponentListener-Methode componentresized informieren lassen. Zusatz-Aufgabe 4: Bewegung von Objekten auf dem Bildschirm: Pong Das Spiel Pong gilt als das erste weltweit erfolgreiche Videospiel. Das Spielprinzip ähnelt dem des Tischtennis: Ein Punkt ( Ball ) bewegt sich auf dem Bildschirm hin und her. Jeder der beiden Spieler steuert einen senkrechten Strich ( Schläger ), den er mit einem Drehknopf (Paddle) nach oben und unten verschieben kann. Lässt man den Ball am Schläger vorbei, erhält der Gegner einen Punkt.[wikipedia.de] S. 3 / 7

4 Bevor wir uns um das eigentliche Spielverhalten kümmern, sorgen wir zunächst für die Bewegung auf dem Bildschirm: Bewegen Sie einen Ball innerhalb des Fensters. Der Ball soll an den Rändern des Fensters zurückprallen und dadurch ständig in Bewegung bleiben. (Im realen Spiel gilt nur der obere und untere Rand als Bande und die Seiten als Aus.) a) Erzeugen Sie zunächst eine Klasse PongPanel zum Zeichnen sowie eine Hauptklasse Pong, in der Sie ein Fenster mit dem Panel darstellen. b) Erzeugen Sie dann einen Ball, welcher das Interface games.basic.gameobjects.interfaces.moveable implementiert. Hinweis: Ein Ball ist ein (farbig) ausgefüllter Kreis, der sich auf dem Bildschirm bewegen kann. Bevor Sie also alles neu implementieren, schauen Sie doch einfach nach, ob Sie da bereits bestehende Klassen (wieder-)verwenden können. c) Setzen Sie den Ball in Bewegung. Rufen Sie dazu ca. alle 30 Millisekunden die move- Methode des Ball-Objektes auf. (Sie können natürlich auch mehrere Bälle einsetzen) d) Ändern Sie nun die move-methode derart, dass sich bei Berührung mit dem Rand des Panels jeweils die x- bzw. y-richtung der Bewegung ändert. Hinweis: Dazu können Sie die Methoden reversexdirection() bzw. reverseydirection() von Moveable verwenden, sowie die Testfunktionen wie isbelowof(y),isrightof(x) etc. von GameObject. S. 4 / 7

5 Zusatz-Aufgabe 5: Synchronisation: Speisende Philosophen Es sitzen 5 Philosophen an einem runden Tisch. Zwischen zwei Philosophen liegt jeweils eine Gabel. Zum Essen benötigt jeder Philosoph zwei Gabeln. Offenkundig kann jede Gabel stets nur von höchstens einem Philosoph in der Hand gehalten werden. Ein Philosoph muss also ggf. warten, bis seine beiden Gabeln frei sind. a) Erstellen Sie eine Klasse Gabel. Diese soll wie eine Semaphore zwei Methoden void nehmen(thread owner) und void freigeben() bereitstellen. Denken Sie daran, dass jede Gabel stets nur von einem Thread besessen werden kann, andere Threads beim Aufruf von nehmen folglich warten müssen, bis das Gabel-Objekt wieder freigegeben ist. b) Erstellen Sie ferner eine Klasse Philosoph, die als Thread operieren soll. Übergeben Sie den Philosophen Referenzen auf deren linke bzw. rechte Gabel und setzen Sie einen Namen für jeden Thread (z.b. Philosoph 3 ). Jeder Philosoph nimmt Sie sich seine linke Gabel, seine rechte Gabel, speist 3 Sekunden, und gibt dann die Gabeln wieder frei. Geben Sie vor und nach jeder Aktion eine entsprechende Nachricht auf dem Bildschirm aus (jeweils mit Angabe des Namens des Philosophen). c) Erstellen Sie im Hauptprogramm 5 Gabel-Objekte und 5 Philosophen und starten Sie die Philosophen-Threads. Analysieren Sie den Ablauf des Programms. d) Ändern Sie die Klasse Philosoph derart ab, dass Sie zwischen der Aufnahme der linken und der Aufnahme der rechten Gabel jeweils eine Sekunde warten. Inwieweit ändert sich dadurch der Ablauf ihres Programms? e) Erweitern Sie ihr (Haupt-)programm derart, dass Sie durch Eingabe einer Zahl das entsprechenden Philosophen-Objekt unterbrechen können, d.h. dessen interrupt()-methode aufrufen. Ein unterbrochener Thread soll evtl. belegte Gabeln freigeben und sich dann beenden. f) Nicht ausgelastet? Wie könnten Sie Ihr Programm abändern, sodass keine Verklemmungen (Deadlocks) auftreten können? Hinweis: Suchen Sie z.b. in der Literatur zunächst einen verklemmungsfreien Algorithmus, bevor Sie ihn in Java realisieren. S. 5 / 7

6 Zusatz-Aufgabe 6 (für Java-Experten): Java-Rätsel a) Das folgende Programm iteriert durch eine Liste von int-arrays und ermittelt, wie viele der Arrays eine bestimmte Eigenschaft aufweisen. Was gibt das Programm aus? public class Loop { public static void main(string[] args) { int[][] tests = { { 6, 5, 4, 3, 2, 1, { 1, 2, { 1, 2, 3, { 1, 2, 3, 4, { 1 ; int successcount = 0; try { int i = 0; while (true) { if (thirdelementisthree(tests[i++])) successcount++; catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) { // No more tests to process System.out.println(successCount); private static boolean thirdelementisthree(int[] a) { return a.length >= 3 & a[2] == 3; b) Dieses Programm berechnet und speichert eine Summe in einer Klasse und gibt sie in einer anderen Klasse aus. Was gibt das Programm aus? Hinweis: Die Summe aller Zahlen von 1 bis n beträgt n(n+1)/2. class Cache { static { initializeifnecessary(); private static int sum; public static int getsum() { initializeifnecessary(); return sum; { private static boolean initialized = false; private static synchronized void initializeifnecessary() if (!initialized) { for (int i = 0; i < 100; i++) { sum += i; initialized = true; S. 6 / 7

7 public class Client { public static void main(string[] args) { System.out.println(Cache.getSum()); c) Manchmal ist es nützlich zu zählen, wie viele Instanzen von einer Klasse erzeugt wurden. Dies wird typischerweise durch eine statische, private Zählervariable realisiert, die im Konstruktor inkrementiert wird. Im folgenden Programm demonstriert die Creature-Klasse dieses Prinzip, während die Creator-Klasse die Anzahl der erzeugten Creature-Instanzen ausgibt. Was gibt das Programm aus? public class Creator { public static void main(string[] args) { for (int i = 0; i < 100; i++) Creature creature = new Creature(); System.out.println(Creature.numCreated()); class Creature { private static long numcreated = 0; public Creature() { numcreated++; public static long numcreated() { return numcreated; S. 7 / 7