自律分散協調

自律分散協調
KMSF M1 tomotaka
今回のお題
•  シングルプロセス内でのマルチスレッド協調 •  Producer/Consumerパターンを実装してみま
す •  まずはサンプルプログラムをDownload –  h:p://www.ht.sfc.keio.ac.jp/~tomotaka/mtpnf.zip –  Eclipseにインポートしてください
Producer/Consumer Pa:ern
•  作る人/消費する人 Worker
PUT
Worker
Task Queue
Task Producer
TAKE
Worker
Task Producer
•  タスクを作る人 •  今回のサンプルプログラムではここはシング
ルスレッドです •  タスクを作ってTask Queueに放り込むだけの仕
事しかしません
Task Queue
•  Task Producer(Taskを作る人)とWorker(Taskを
消費する人)の間でTaskを受け渡すためのパ
イプ役 •  Thread Safeでなければいけない: –  極めて同じタイミングのTask PUTでも壊れない –  極めて同じタイミングのTask TAKEでも壊れない –  空のときのTAKEはPUTを待ってblockする –  満タンのときのPUTはTAKEを待ってblockする Worker(Task Consumer)
•  Task Queue経由でTaskを受け取り, 消化する
人 •  僕のPCにはデュアルコアCPUがのってる!! –  2つのWorkerを使うことで計算の効率を上げられるはず!!
CoreBが暇でもったいない!
CoreA: 90% CoreB: 5%
CoreA: 90% CoreB: 90%
MulT Thread Programming on Java
•  知っておくべきキーワード –  Thread(class) –  Runnable(interface) –  synchronized(keyword) –  wait() (method) –  noTfy() (method) –  noTfyAll() (method)
ThreadとRunnableはわかるよね?
Thread Sample
class Mazu extends Thread {
public void run() {
System.out.println(“yabaissu”);
}
}
Thread myMazu = new Mazu();
myMazu.start();
Runnable Sample
class Mochi implements Runnable {
public void run() {
System.out.println(“Ramen Tsukemen Boku IKEMEN!!”);
}
}
Mochi myMochi = new Mochi();
Thraed mochiThread = new Thread(mochi);
mochiThread.start();
synchronized
•  synchronizedキーワードを持つメソッドは1インスタ
ンスにつき、同時に1つしか起動できない(lockを
取得する) •  以下のようなhogeメソッドを使うと2行連続して
hogeが出てくることはありえない
// hogeとfugaの間に割り込めない
public synchronized void hoge() {
System.out.println(“hoge”);
System.out.println(“fuga”);
}
wait
•  各オブジェクトには待機中のスレッドがぶち込
まれるwait poolがある •  wait()をたたいたスレッドはそのwaitのレシー
バオブジェクトのwait poolに入る •  noTfy(), noTfyAll()されるまでじっとしてる
noTfy(), noTfyAll()
•  ロックを取得している(synchronizedメソッドの
中)で呼ぶとwait poolに入っているスレッドを
wait poolから出す(けど、まだロックを譲りはし
ない) •  noTfy()は狙ったスレッドだけをwait poolから
出す •  noTfyAll()は全部出す •  Wait/noTfy/noTfyAllは概念が難しいのでTask Queueの実装のところで詳細に話すよ
サンプルプログラムの説明
•  Eclipseにインポートできた? •  MulTThreadNumberFinder –  メインプログラム, 主にProducer役 •  Queue –  Task Queue役, push/popというメソッドを備える •  NumberFinder –  Consumer役(Worker Thread), Queueからタスクを
取り出して処理をする Queueの動作1: push()
•  値をqueueにつめる •  synchronizedメソッド
1をPush
Queue
1
Queueの動作2: pop()
•  FIFOなので現存する中で一番古くに詰められ
た値を返す •  synchronizedメソッド
New
Old
3
2
1
Pop 返り値は1
同時にpopしようとすると?
•  同時にpopできない –  pop()はsynchronizedだから! •  順番に実行されます
同時にpushしようとすると?
•  同時にpushできない –  push()はsynchronizedだから! •  順番に実行されます
空のときpopしようとすると?
•  キューが空であることを検知するととりあえず
wait •  これ以上減ることはない –  pop()はsynchronizedだから! •  Pushが実行されるとnoTfyAllされる –  wait poolから抜け出せる –  抜け出たころにはキューの中身が増えている –  取り出せて値を返すことができるキューが満タンのときにpushしようと
すると?
•  満タンであることを検知するととりあえずwait •  これ以上増えることはないことが保証されて
いる –  push()はsynchronizedだから! •  pop()が実行されるとnoTfyAllされる –  wait poolから抜け出ることができる –  抜けでたころにはキューの中身が減っている –  新しい値を詰めることができる
なんとなくわかったところで動かす
•  MulTThreadNumberFinderを起動してください •  1から100までの数を1スレッドでナベアツがア
ホになる数を探してみます •  1[Enter] •  100[Enter] •  1[Enter] •  と入力 •  探す数の範囲やスレッドの数を増やしたり減ら
したりして遊んでみよう数の検査アルゴリズムを入れ替える
•  NumberFinderはQueueからタスクを取り出し、
一定のルールに合致する数を探すだけの働
きです •  「一定のルール」はNumberFindingAlgorithmオ
ブジェクトによって定義されます •  僕があらかじめ二つ入れておきました •  NabeatsuAlgorithm •  PrimeNumberFindingAlgorithm
数の検査アルゴリズムを入れ替える
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MulTThreadNumberFinder.javaを開いて algorithmTypeという変数の値を “PrimeNumberFindingAlgorithm” に変更！またいろいろパラメータを変えながら遊んでみ
る
2つのアルゴリズムの実行時の差
•  NabeatsuAlgorithm: –  どちらかというとI/O Boundアルゴリズム –  CPUタイムをあまり食わない –  PopやnoTfyAllでCPUを食ってしまうため, スレッド
が少ないほうが実行効率がいい •  PrimeNumberFindingAlgorithm: –  完全なCPU Boundアルゴリズム –  PopやnoTfyAllより実際の計算の方が重いのでス
レッドを増やすとスループットがあがる
新しいアルゴリズムを実装せよ!
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1. NumberFindingAlgorithmを拡張するクラスを定義 2. NumberFindingAlgorithmFactoryを加筆修正 3. MulTThreadNumberFinderを加筆修正実装したアルゴリズムの特徴を考察してみようアルゴリズム案(思い浮かばない人用): – 
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桁の数字全部を足したもので割り切れる数字(ex: 120, 280) 回文になっている数字(ex: 123454321, 101, 89098) 自分の誕生日のn乗になっている数(ex: =26214=45/12→512) 16進数に変換するとA Fの文字しか使わない数(ex: 255) •  実装できたらhjsにアップしたりしてみんなで共有してみよう •  ひとり1個できたらおしまい

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