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Hilos y Multihilo
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Considerando el entorno multithread (multihilo), cada thread (hilo, flujo de control del programa) representa un proceso individual ejecutándose en un sistema. A veces se les llama procesos ligeros o contextos de ejecución. Típicamente, cada hilo controla un único aspecto dentro de un programa, como puede ser supervisar la entrada en un determinado periférico o controlar toda la entrada/salida del disco. Todos los hilos comparten los mismos recursos, al contrario que los procesos, en donde cada uno tiene su propia copia de código y datos (separados unos de otros). Gráficamente, los hilos (threads) se parecen en su funcionamiento a lo que muestra la figura siguiente:
Hay que distinguir multihilo (multithread) de multiproceso. El multiproceso se refiere a dos programas que se ejecutan "aparentemente" a la vez, bajo el control del Sistema Operativo. Los programas no necesitan tener relación unos con otros, simplemente el hecho de que el usuario desee que se ejecuten a la vez. Multihilo se refiere a que dos o más tareas se ejecutan "aparentemente" a la vez, dentro de un mismo programa. Se usa "aparentemente" en ambos casos, porque normalmente las plataformas tienen una sola CPU, con lo cual, los procesos se ejecutan en realidad "concurrentemente", sino que comparten la CPU. En plataformas con varias CPU, sí es posible que los procesos se ejecuten realmente a la vez. Tanto en el multiproceso como en el multihilo (multitarea), el Sistema Operativo se encarga de que se genere la ilusión de que todo se ejecuta a la vez. Sin embargo, la multitarea puede producir programas que realicen más trabajo en la misma cantidad de tiempo que el multiproceso, debido a que la CPU está compartida entre tareas de un mismo proceso. Además, como el multiproceso está implementado a nivel de sistema operativo, el programador no puede intervenir en el planteamiento de su ejecución; mientras que en el caso del multihilo, como el programa debe ser diseñado expresamente para que pueda soportar esta característica, es imprescindible que el autor tenga que planificar adecuadamente la ejecución de cada hilo, o tarea. Actualmente hay diferencias en la especificación del intérprete de Java, porque el intérprete de Windows ’95 conmuta los hilos de igual prioridad mediante un algoritmo circular (round-robin), mientras que el de Solaris 2.X deja que un hilo ocupe la CPU indefinidamente, lo que implica la inanición de los demás. Un programa de flujo único o mono-hilvanado (single-thread) utiliza un único flujo de control (thread) para controlar su ejecución. Muchos programas no necesitan la potencia o utilidad de múltiples flujos de control. Sin necesidad de especificar explícitamente que se quiere un único flujo de control, muchos de los applets y aplicaciones son de flujo único. Por ejemplo, en la archiconocida aplicación estándar de saludo: public class HolaMundo {
static public void main( String args[] ) {
System.out.println( "Hola Mundo!" );
}
}
Aquí, cuando se llama a main(), la aplicación imprime el mensaje y termina. Esto ocurre dentro de un único hilo de ejecución (thread). Debido a que la mayor parte de los entornos operativos no solían ofrecer un soporte razonable para múltiples hilos de control, los lenguajes de programación tradicionales, tales como C++, no incorporaron mecanismos para describir de manera elegante situaciones de este tipo. La sincronización entre las múltiples partes de un programa se llevaba a cabo mediante un bucle de suceso único. Estos entornos son de tipo síncrono, gestionados por sucesos. Entornos tales como el de Macintosh de Apple, Windows de Microsoft y X11/Motif fueron diseñados en torno al modelo de bucle de suceso. En la aplicación de saludo, no se ve el hilo de ejecución que corre el programa. Sin embargo, Java posibilita la creación y control de hilos de ejecución explícitamente. La utilización de hilos (threads) en Java, permite una enorme flexibilidad a los programadores a la hora de plantearse el desarrollo de aplicaciones. La simplicidad para crear, configurar y ejecutar hilos de ejecución, permite que se puedan implementar muy poderosas y portables aplicaciones/applets que no se puede con otros lenguajes de tercera generación. En un lenguaje orientado a Internet como es Java, esta herramienta es vital. Si se ha utilizado un navegador con soporte Java, ya se habrá visto el uso de múltiples hilos en Java. Habrá observado que dos applets se pueden ejecutar al mismo tiempo, o que puede desplazar la página del navegador mientras el applet continúa ejecutándose. Esto no significa que el applet utilice múltiples hiloss, sino que el navegador es multihilo, multihilvanado o multithreaded. Los navegadores utilizan diferentes hilos ejecutándose en paralelo para realizar varias tareas, "aparentemente" concurrentemente. Por ejemplo, en muchas páginas web, se puede desplazar la página e ir leyendo el texto antes de que todas las imágenes estén presentes en la pantalla. En este caso, el navegador está trayéndose las imágenes en un hilo de ejecución y soportando el desplazamiento de la página en otro hilo diferente. Las aplicaciones (y applets) multihilo utilizan muchos contextos de ejecución para cumplir su trabajo. Hacen uso del hecho de que muchas tareas contienen subtareas distintas e independientes. Se puede utilizar un hilo de ejecución para cada subtarea. Mientras que los programas de flujo único pueden realizar su tarea ejecutando las subtareas secuencialmente, un programa multihilo permite que cada thread comience y termine tan pronto como sea posible. Este comportamiento presenta una mejor respuesta a la entrada en tiempo real. Vamos a modificar el programa de saludo creando tres hilos de ejecución individuales, que imprimen cada uno de ellos su propio mensaje de saludo, MultiHola.java: // Definimos unos sencillos hilos. Se detendrán un rato
// antes de imprimir sus nombres y retardos
class TestTh extends Thread {
private String nombre;
private int retardo;
// Constructor para almacenar nuestro nombre
// y el retardo
public TestTh( String s,int d ) {
nombre = s;
retardo = d;
}
// El metodo run() es similar al main(), pero para
// threads. Cuando run() termina el thread muere
public void run() {
// Retasamos la ejecución el tiempo especificado
try {
sleep( retardo );
} catch( InterruptedException e ) {
;
}
// Ahora imprimimos el nombre
System.out.println( "Hola Mundo! "+nombre+" "+retardo );
}
}
public class MultiHola {
public static void main( String args[] ) {
TestTh t1,t2,t3;
// Creamos los threads
t1 = new TestTh( "Thread 1",(int)(Math.random()*2000) );
t2 = new TestTh( "Thread 2",(int)(Math.random()*2000) );
t3 = new TestTh( "Thread 3",(int)(Math.random()*2000) );
// Arrancamos los threads
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
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