Einführung in die Programmierung Blockkurs Java

Transkript

1 Michael Bader Februar 2003

2 Freitag Inhaltsübersicht Exceptions und Errors Ausnahmebehandlung: try/catch/finally Threads Zugriffskontrolle bei gemeinsamen Variablen: synchronized, wait(), notify()

3 Ausnahmen Exceptions Definition: Exceptions sind Situationen, in denen ein außergewöhnlicher Zustand eingetreten ist: Beispiele: Programmfehler (Division durch 0, ungültiger Feldindex) Fehler bei der Ausführung (Klasse oder Paket nicht gefunden) Eingabefehler des Benutzers (Text statt Zahl) Ein-/Ausgabefehler des Systems ( File not found )

4 Behandlung von Ausnahmesituationen Herkömmliche Lösung: Problem ignorieren Exceptions z.b. durch if-else-konstrukte nicht auftreten lassen Problem: Vorhersehbarkeit von Ausnahmesituationen gegeben? Problem: Disziplin der Programmierer? Ausnahmebehandlung in Sprache aufnehmen : Eigene Klassen/Objekte zur Erzeugung und Behandlung von Ausnahmen Ausnahmenbehandlung an definierter Stelle Wahrung der Übersichtlichkeit Behandlung von Ausnahmesituationen syntaktisch erzwingbar

5 Exceptions (und Errors) in Java Ausnahme in Java: Objekt des Typs Throwable (bzw. Subklasse davon) Subklassen von java.lang.throwable: java.lang.error für Fehler; ein Error lässt sich nicht beheben und führt zum Programmabbruch java.lang.exception für eine behebbare Ausnahmesituation Definition eigener Exceptions: wie gewöhnliches Klassendesign, z.b.: public class MyException extends Exception { public MyException() { super(); } public MyException(String s) { super(s); } }

6 Ausnahmen beheben: try/catch/finally Syntaxbeispiel: try { /* Befehle, die Exceptions auslösen */ } catch (ArithmeticException e) { /* Behandlung einer ArithmeticException */ } catch (IOException e) { /* Behandlung einer IOException */ } finally { /* sauberer Abschluss */ };

7 try/catch/finally (2) try abzuarbeitender Codeblock, der ggf. Exceptions erzeugt mit break, continue, return abbrechbar catch (kann fehlen keine Ausnahmenbehandlung) tritt Exception auf, wird erster catch-block ausgeführt dessen Argument passt finally (kann fehlen) wird immer ausgeführt, egal ob Exception aufgetreten oder behandelt zum Aufräumen sogar, falls try-block mit break, continue oder return beendet

8 Ausnahmen erzeugen: throw und throws Ausnahmen erzeugen: throw <exception> <exception> vom Typ Throwable (i.e. Error oder Exception) Ausführung der aktuellen Methode wird abgebrochen; Rücksprung im Aufrufbaum bis try... catch... finally Ausnahmen deklarieren: throws Exception Gewisse Ausnahmen (checked Exceptions) müssen behandelt werden: entweder try... catch... finally oder throws, z.b. private void openfile {String filename) throws IOException { /*... */ }

9 Threads Ein Thread ist ein Ausführungsstrang in einem Programm. Multithreading: es existieren mehrere Ausführungsstränge innerhalb eines Programms. existiert nur ein Prozessor, werden die Threads im zeitlichen Wechsel ausgeführt die Threads agieren auf den selben Variablen und Objekten (keine Parallelität von Daten) Threads können über Modifikation von gemeinsamen Variablen andere Threads beeinflussen

10 Java-Threads Multithreading: beim Start einer Java-Application wird ein Thread erzeugt, der mit der Ausführung von main() beginnt JVM bricht ab, wenn alle Threads eines Programms beendet wurden Mögliche Zustände eines Threads: new: erzeugt, aber nicht gestarted running: wird gerade ausgeführt runnable: wartet, weil anderer Thread läuft blocked: wartet auf bestimmtes Ereignis dead: regulär beendet

11 Threads erzeugen und manipulieren Threads erzeugen: new Thread(runnable), wobei runnable ein Object vom (Schnittstellen-)Typ Runnable ist Unterklasse von Thread definieren, die eine eigene run()-methode definiert run(): Rumpf des Threads, wird beim Starten des Threads ausgerufen Manipulation eines Threads: start(): Thread starten suspend(), resume(): Thread anhalten bzw. fortsetzen stop(): Thread anhalten (ThreadDeath) yield(): Kontrolle an anderen Thread abgeben

12 Gemeinsame Variablen von Threads Situation: mehrere Threads greifen auf gemeinsame Variable zu Threads lesen, modifizieren und schreiben Variable Modifikation geschieht auf lokaler Kopie Zwischen Lesen und Schreiben vergeht gewisse Zeitspanne Problem: Threads können während des Bearbeitens der lokalen Kopie unterbrochen werden derweil können andere Threads die Variable modifizieren es gibt Ausführungsreihenfolgen, die zu falschen Resultaten führen

13 Gegenseitiger Ausschluss synchronized Beispiel: public synchronized void increase(int increment) { member = member + increment; } Der Aufruf einer synchronized-methode sperrt das Object. kein weiterer Thread darf gleichzeitig eine synchronized-methode ausführen keine fehlerhaften Ausführungsreihenfolgen möglich! alle Methoden, die gemeinsame Variblen modifizieren als synchronized deklarieren Problem: bei Methoden mit langer Bearbeitungszeit u.u. zu restriktiv

14 Gemeinsame Ressourcen wait und notify Problemstellungen: Mehrere Objekte greifen auf ein gemeinsames Betriebsmittel zu Erzeuger-Verbraucher-System: ein Verbraucher muss u.u. warten, bis ein Erzeuger etwas hergestellt hat ein Thread muss warten, bis das gemeinsame Betriebsmittel frei gegeben wird. Lösung: wait() setzt laufenden Thread auf wartend; notify() weckt einen wartenden Thread auf. wait() und notify() sind in java.lang.object definiert.

15 wait und notify Beispiel Zugriffskontrolle bei Ausgabe in eine TextArea: public class ScreenController { private boolean inuse = false; public synchronized void anfordern() { while (inuse) try { wait(); } catch (Interrupted Exception e) { /*... */ }; inuse = true; } public synchronized void freigeben() { inuse = false; notify(); }

16 Mehrere gemeinsame Betriebsmittel Problemstellung: Mehrere Objekte greifen auf mehrere gemeinsame Betriebsmittel zu um eine vorgegebene Aufgabe zu erfüllen benötigt ein Objekt u.u. mehrere Betriebsmittel gleichzeitig. mehrere Controller-Objekte erforderlich Objekte reservieren sich nacheinander die benötigten Betriebsmittel Beispiel: Dinierende Philosophen Was kann schief gehen?

17 Verklemmung und Aushungerung Verklemmung: Alle Betriebsmittel sind reserviert aber kein Objekt hat alle erforderlichen Betriebsmittel beisammen alle Objekte warten, keines kann arbeiten ( Dinierende Philosophen ) Aushungerung: ein Objekt schafft es nicht, alle erforderlichen Betriebsmittel zu beschaffen um kommt niemals zum Arbeiten mögliche Gründe: andere Objekt werden bevorzugt; große Anzahl Betriebsmittel gleichzeitg erforderlich aber nicht gleichzeitig vorhanden