Systèmes distribués Sockets TCP/UDP et leur mise en œuvre ...
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Systèmes distribués
Sockets TCP/UDP et leurmise en œuvre en Java
Eric Cariou
Université de Pau et des Pays de l'AdourDépartement Informatique
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Plan1. Sockets UDP2. Les flux Java3. Sockets TCP4. Multicast IP5. Concurrence
1. Les threads Java2. Synchronisation en Java
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Rappel sur les réseaux TCP ou UDP
Communication entre systèmes aux extrémités Pas de visibilité des systèmes intermédiaires
Physique
Liaison
IP
TCP/UDP
Application
Physique
Liaison
IP
TCP/UDP
Application
Physique
Liaison
IP
Communication d’extrémitéà extrémité
Physique
Liaison
IP
TCP/UDP
Application
Physique
Liaison
IP
TCP/UDP
Application
Physique
Liaison
IP
Communication d’extrémitéà extrémité
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Adressage Adressage pour communication entre applications
Adresse « réseau » application = couple de 2 informations Adresse IP et numéro de port
Couche réseau : adresse IP Ex : 192.129.12.34
Couche transport : numéro de port TCP ou UDP Ce numéro est en entier d'une valeur quelconque
Ports < 1024 : réservés pour les applications ou protocoles systèmes Exemple : 80 = HTTP, 21 = FTP, ...
Sur un port : réception ou envoi de données Adresse notée : @IP:port ou nomMachine:port
192.129.12.34:80 : accès au serveur Web tournant sur la machine d'adresse IP 192.129.12.34
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Sockets Socket : prise
Associée, liée à un port C'est donc un point d'accès aux couches réseaux
Services d'émission et de réception de données sur la socket via le port
En mode connecté (TCP) Connexion = tuyau entre 2 applications distantes Une socket est un des deux bouts du tuyau Chaque application a une socket locale pour gérer la
communication à distance Une socket peut-être liée
Sur un port précis à la demande du programme Sur un port quelconque libre déterminé par le système
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Sockets
Une socket est Un point d'accès aux couches réseau TCP/UDP Liée localement à un port
Adressage de l'application sur le réseau : son couple @IP:port Elle permet la communication avec un port distant sur une
machine distante : c'est-à-dire avec une application distante
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Client/serveur avec sockets Il y a toujours différenciation entre une partie client
et une partie serveur Deux rôles distincts au niveau de la communication via
TCP/UDP Mais possibilité que les éléments communiquant jouent
un autre rôle ou les 2 en même temps Différenciation pour plusieurs raisons
Identification : on doit connaître précisément la localisation d'un des 2 éléments communiquants
Le coté serveur communique via une socket liée à un portprécis : port d'écoute
Dissymétrie de la communication/connexion Le client initie la connexion ou la communication
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Sockets UDP
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Sockets UDP : principe Mode datagramme
Envois de paquets de données (datagrammes) Pas de connexion entre parties client et serveur Pas de fiabilité ou de gestion de la communication
Un paquet peut ne pas arrivé (perdu par le réseau) Un paquet P2 envoyé après un paquet P1 peut arriver avant
ce paquet P1 (selon la gestion des routes dans le réseau) Principe de communication
La partie serveur crée une socket et la lie à un port UDP particulier
La partie client crée une socket pour accéder à la couche UDP et la lie sur un port quelconque
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Sockets UDP : principe Principe de communication (suite)
Le serveur se met en attente de réception de paquet sur sa socket
Le client envoie un paquet via sa socket en précisant l'adresse du destinataire
Couple @IP/port Destinataire = partie serveur
@IP de la machine sur laquelle tourne la partie serveur et numéro de port sur lequel est liée la socket de la partie serveur
Il est reçu par le serveur (sauf pb réseau) Si le client envoie un paquet avant que le serveur ne soit
prêt à recevoir : le paquet est perdu
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Sockets UDP en Java Java intègre nativement les fonctionnalités de
communication réseau au dessus de TCP-UDP/IP Package java.net
Classes utilisées pour communication via UDP InetAddress : codage des adresses IP DatagramSocket : socket mode non connecté (UDP) DatagramPacket : paquet de données envoyé via une
socket sans connexion (UDP)
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Sockets UDP en Java Classe InetAddress
Constructeurs Pas de constructeurs, on passe par des méthodes statiques
pour créer un objet Méthodes
public static InetAddress getByName(String host) throws UnknownHostException
Crée un objet InetAddress identifiant une machine dont le nom est passé en paramètre
L'exception est levée si le service de nom (DNS...) du système ne trouve pas de machine du nom passé en paramètre sur le réseau
Si précise une adresse IP sous forme de chaîne (''192.12.23.24'') au lieu de son nom, le service de nom n'est pas utilisé
Une autre méthode permet de préciser l'adresse IP sous forme d'un tableau de 4 octets
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Sockets UDP en Java Classe InetAddress
Méthodes (suite) public static InetAddress getLocalHost()
throws UnknownHostException Retourne l'adresse IP de la machine sur laquelle tourne le
programme, c'est-à-dire l'adresse IP locale public String getHostName()
Retourne le nom de la machine dont l'adresse est codée par l'objet InetAddress
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Sockets UDP en Java Classe DatagramPacket
Structure des données en mode datagramme Constructeurs
public DatagramPacket(byte[] buf, int length) Création d'un paquet pour recevoir des données (sous forme d'un
tableau d'octets) Les données reçues seront placées dans buf length précise la taille max de données à lire
Ne pas préciser une taille plus grande que celle du tableau En général, length = taille de buf
Variante du constructeur : avec un offset pour ne pas commencer au début du tableau
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Sockets UDP en Java Classe DatagramPacket
Constructeurs (suite) public DatagramPacket(byte[] buf, int length,
InetAddress address, int port) Création d'un paquet pour envoyer des données (sous forme d'un
tableau d'octets) buf : contient les données à envoyer length : longueur des données à envoyer
Ne pas préciser une taille supérieure à celle de buf address : adresse IP de la machine destinataire des données port : numéro de port distant (sur la machine destinataire) où
envoyer les données
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Sockets UDP en Java Classe DatagramPacket
Méthodes « get » InetAddress getAddress()
Si paquet à envoyer : adresse de la machine destinataire Si paquet reçu : adresse de la machine qui a envoyé le paquet
int getPort() Si paquet à envoyer : port destinataire sur la machine distante Si paquet reçu : port utilisé par le programme distant pour envoyer le
paquet byte[] getData
Données contenues dans le paquet int getLength()
Si paquet à envoyer : longueur des données à envoyer Si paquet reçu : longueur des données reçues
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Sockets UDP en Java Classe DatagramPacket
Méthodes « set » void setAddress(InetAdress adr)
Positionne l'adresse IP de la machine destinataire du paquet void setPort(int port)
Positionne le port destinataire du paquet pour la machine distante void setData(byte[] data)
Positionne les données à envoyer int setLength(int length)
Positionne la longueur des données à envoyer
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Sockets UDP en Java Classe DatagramPacket, complément sur les
tailles des données envoyées Java n'impose aucune limite en taille pour les tableaux
d'octets circulant dans les paquets UDP, mais Pour tenir dans un seul datagramme IP, le datagramme UDP ne
doit pas contenir plus de 65467 octets de données Un datagramme UDP est rarement envoyé via plusieurs datagrammes IP
Mais en pratique : il est conseillé de ne pas dépasser 8176 octets Car la plupart des systèmes limitent à 8 Ko la taille des datagrammes UDP
Pour être certain de ne pas perdre de données : 512 octets max Si datagramme UDP trop grand : les données sont tronquées
Si tableau d'octets en réception est plus petit que les données envoyées
Les données reçues sont généralement tronquées
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Sockets UDP en Java Classe DatagramSocket
Socket en mode datagramme Constructeurs
public DatagramSocket() throws SocketException Crée une nouvelle socket en la liant à un port quelconque libre Exception levée en cas de problème (a priori il doit pas y en avoir)
public DatagramSocket(int port) throws SocketException
Crée une nouvelle socket en la liant au port local précisé par le paramètre port
Exception levée en cas de problème : notamment quand le port est déjà occupé
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Sockets UDP en Java Classe DatagramSocket
Méthodes d'émission/réception de paquet public void send(DatagramPacket p)
throws IOException Envoie le paquet passé en paramètre. Le destinataire est identifié par le
couple @IP/port précisé dans le paquet Exception levée en cas de problème d'entrée/sortie
public void receive(DatagramPacket p) throws IOException
Reçoit un paquet de données Bloquant tant qu'un paquet n'est pas reçu Quand paquet arrive, les attributs de p sont modifiés
Les données reçues sont copiées dans le tableau passé en paramètre lors de la création de p et sa longueur est positionnée avec la taille des données reçues
Les attributs d'@IP et de port de p contiennent l'@IP et le port de lasocket distante qui a émis le paquet
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Sockets UDP en Java Classe DatagramSocket
Autres méthodes public void close()
Ferme la socket et libère le port à laquelle elle était liée public int getLocalPort()
Retourne le port local sur lequel est liée la socket Possibilité de créer un canal (mais toujours en mode
non connecté) Pour restreindre la communication avec un seul destinataire
distant Car par défaut peut recevoir sur la socket des paquets venant
de n'importe où
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Sockets UDP en Java Classe DatagramSocket
Réception de données : via méthode receive Méthode bloquante sans contrainte de temps : peut rester en
attente indéfiniment si aucun paquet n'est jamais reçu Possibilité de préciser un délai maximum d'attente
public void setSoTimeout(int timeout)throws SocketException
L'appel de la méthode receive sera bloquante pendant au plus timeout millisecondes
Une méthode receive se terminera alors de 2 façons Elle retourne normalement si un paquet est reçu en moins du temps
positionné par l'appel de setSoTimeout L'exception SocketTimeoutException est levée pour indiquer que le
délai s'est écoulé avant qu'un paquet ne soit reçu SocketTimeoutException est une sous-classe de IOException
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Sockets UDP Java – exemple coté client InetAddress adr;
DatagramPacket packet;DatagramSocket socket;
// adr contient l'@IP de la partie serveuradr = InetAddress.getByName("scinfr222");
// données à envoyer : chaîne de caractèresbyte[] data = (new String("youpi")).getBytes();
// création du paquet avec les données et en précisant l'adresse du serveur// (@IP et port sur lequel il écoute : 7777)packet = new DatagramPacket(data, data.length, adr, 7777);
// création d'une socket, sans la lier à un port particuliersocket = new DatagramSocket();
// envoi du paquet via la socketsocket.send(packet);
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Sockets UDP Java – exemple coté serveur DatagramSocket socket;
DatagramPacket packet;
// création d'une socket liée au port 7777DatagramSocket socket = new DatagramSocket(7777);
// tableau de 15 octets qui contiendra les données reçuesbyte[] data = new byte[15];
// création d'un paquet en utilisant le tableau d'octetspacket = new DatagramPacket(data, data.length);
// attente de la réception d'un paquet. Le paquet reçu est placé dans// packet et ses données dans data.socket.receive(packet);
// récupération et affichage des données (une chaîne de caractères)String chaine = new String(packet.getData(), 0,
packet.getLength()); System.out.println(" recu : "+chaine);
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Sockets UDP en Java – exemple suite La communication se fait souvent dans les 2 sens
Le serveur doit donc connaître la localisation du client Elle est précisée dans le paquet qu'il reçoit du client
Réponse au client, coté serveur System.out.println(" ca vient de :
"+packet.getAddress()+":"+ packet.getPort());
// on met une nouvelle donnée dans le paquet // (qui contient donc le couple @IP/port de la socket coté client)packet.setData((new String("bien recu")).getBytes());
// on envoie le paquet au clientsocket.send(packet);
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Sockets UDP en Java – exemple suite Réception réponse du serveur, coté client
// attente paquet envoyé sur la socket du clientsocket.receive(packet);
// récupération et affichage de la donnée contenue dans le paquetString chaine = new String(packet.getData(), 0,
packet.getLength());System.out.println(" recu du serveur : "+chaine);
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Critique sockets UDP Avantages
Simple à programmer (et à appréhender) Inconvénients
Pas fiable Ne permet d'envoyer que des tableaux de byte
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Structure des données échangées Format des données à transmettre
Très limité a priori : tableaux de byte Et attention à la taille réservée : si le récepteur réserve un
tableau trop petit par rapport à celui envoyé, une partie des données est perdue
Doit donc pouvoir convertir Un objet quelconque en byte[] pour l'envoyer Un byte[] en un objet d'un certain type après réception
Deux solutions Créer les méthodes qui font cela : lourd et dommage de faire
des tâches de si « bas-niveau » avec un langage évolué comme Java
Utiliser les flux Java pour conversion automatique (voir suite)
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Flux Java
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Flux Java En Java, toutes les entrées/sorties sont gérées via
des flux Entrées/sorties standards (clavier/console) Fichiers Sockets ...
Flux : tuyaux dans lesquels on envoie ou lit des séries de données
Information de base qui transite dans un flux : l'octet
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Flux Java standards Flux d'entrées/sortie standards
System.out Sortie standard, flux de type PrintStream System.out.println(''nombre = ''+nb);
System.err Sortie d'erreur strandard, flux de type PrintStream
System.in Entrée standard, flux de type InputStream while ((c = (char)System.in.read()) != 'z')
System.out.print(c);
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Hiérarchie de flux Java Java définit une hiérarchie de flux composée de plusieurs
dizaines de classes (de types de flux différents) Package java.io
Deux classifications transverses Flux est soit d'entrée, soit de sortie
Entrée : le programme lit des informations à partir du flux Sortie : le programme écrit des informations dans le flux
Nature de l'information transitant sur le flux Binaire : octet par octet Caractère : 2 octets par 2 octets
Codage unicode sur 16 bits
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Hiérarchie de flux Java Hiérarchie principale
Flux de base Flux avec tampon Flux d'accès aux fichiers Flux de filtrage Flux d'impression Flux enchaînés par des « pipes » Flux de concaténation de plusieurs flux en un seul Flux de conversion flux caractère/flux binaire Flux de lecture/écriture de différents types
int, char ... ou bien encore un objet quelconque (Object) Données codées indépendamment de la plateforme/système
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Hiérarchie de flux Java Flux binaire, entrée
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Hiérarchie de flux Java Flux binaire, sortie
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Hiérarchie de flux Java Flux caractère, entrée
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Hiérarchie de flux Java Flux caractère, sortie
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Hiérarchie de flux Java Autres types de flux
Package java.util.zip Compression données : GZIPInputStream, ZipInputStream ... Vérification intégrité données (CRC) : CheckedInputStream ...
Package javax.crypto Cryptage des données : CipherInputStream ...
Et d'autres ... Les flux peuvent être dépendants les uns des autres
Un flux est créé à partir d'un autre (par « wrapping ») : il traite les mêmes données mais avec un traitement supplémentaire
Codage des données dans un autre type Filtrage des données, mise en tapon ...
Un flux est chaîné à un autre par un pipe
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Méthodes des classes Stream Méthodes générales d'accès aux données du flux
Flux en entrée (InputStream) int read()
Lecture d'un octet (sous forme de int) dans le flux int read(byte[] tab)
Lit une suite d'octets en les plaçant dans tab Lit au plus la longueur de tab Retourne le nombre d'octets lu
Autres méthodes pour se placer à un endroit donné du flux ... int available()
Retourne le nombre d'octets disponibles en lecture dans le flux void close()
Ferme le flux
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Méthodes des classes Stream Méthodes générales d'accès aux données du flux
Flux en sortie (OutputStream) void write(int b)
Écrit un octet (via un int) dans le flux void write(byte[])
Écrit le contenu d'un tableau d'octets dans le flux void flush()
Force l'écriture dans le flux de toutes les données à écrire Vide le tampon associé au flux en écrivant son contenu
void close()
Ferme le flux Flux en entrées ou sorties
Méthodes générales : accès niveau octet
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Méthodes des classes Stream Classes de flux spécialisées
Offrent des méthodes d'accès plus évoluées que niveau octet Deux types de flux intéressants de ce point de vue
Data[Input/Output]Stream Lecture/écriture de types primitifs Java
int, char, boolean, double, long, byte, float, short Exemple pour double
DataOutputStream : void writeDouble(double b) DataInputStream : double readDouble()
Object[Input/Output]Stream Lecture/écriture d'objets de toute nature
Très puissant et confortable ObjectOutputStream : void writeObject(Object o) ObjectInputStream : Object readObject()
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Méthodes des classes Stream Data[Input/Output]Stream (suite)
Exemple : écriture d'un objet de la classe Personne (classe programmée n'appartenant pas à la hiérarchie Java) Personne pers = new Personne (''toto'', 24);
ObjectOutputStream output = .... ;output.writeObject(pers);
Pour pouvoir envoyer un objet dans un flux Sa classe doit implémenter l'interface
java.io.Serializable
Interface vide qui sert juste à préciser que les objets peuvent être sérialisés
C'est-à-dire peuvent être transformés en série de byte et sont donc transmissibles via des flux
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Méthodes des classes Stream Exceptions niveau flux
La plupart des méthodes d'accès aux flux peuvent lever l'exception java.io.IOException
Problème quelconque d'entrée/sortie ... Constructeurs
Les flux évolués peuvent être construits à partir d'autres flux existants
Exemple : créer un ObjectOutputStream à partir d'un FileOutputStream associé au fichier test.bin
FileOutputStream fileOut= new FileOutputStream(''test.bin'');
ObjectOutputStream objOut = new ObjectOutputStream(fileOut);
// peut maintenant enregistrer tout objet dans test.bin via objOut
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Exemple utilisation de flux Java Exemple concret d'utilisation de flux
Écriture d'entiers dans un fichier // ouverture d'un flux en sortie sur le fichier entiers.binFileOutputStream ficOut =
new FileOutputStream("entiers.bin");
// ouverture d'un flux de données en sortie à partir de ce fluxDataOutputStream dataOut =
new DataOutputStream(ficOut);
// écriture des entiers de 10 à 15 dans le fichierfor(int i=10;i<16;i++)
dataOut.writeInt(i);
// fermeture des fluxdataOut.close();ficOut.close();
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Exemple utilisation de flux Java Exemple concret d'utilisation de flux
Lecture d'entiers à partir d'un fichier // ouverture d'un flux en entrée sur le fichier entiers.bin FileInputStream ficIn =
new FileInputStream("entiers.bin");
// ouverture d'un flux de données en entrée à partir de ce fluxDataInputStream dataIn = new DataInputStream(ficIn);
// tant que des données sont disponibles, on lit des entierswhile(dataIn.available() > 0)
System.out.println(dataIn.readInt());
// fermeture des fluxdataIn.close();ficIn.close();
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Conversion Object <-> byte[] Pour émettre et recevoir n'importe quel objet via
des sockets UDP En écriture : conversion de Object en byte[]
ByteArrayOutputStream byteStream = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream objectStream = new ObjectOutputStream(byteStream);
objectStream.writeObject(object);byte[] byteArray = byteStream.toByteArray();
En lecture : conversion de byte[] en ObjectByteArrayInputStream byteStream =
new ByteArrayInputStream(byteArray); ObjectInputStream objectStream =
new ObjectInputStream(byteStream);object = objectStream.readObject();
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Sockets TCP
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Sockets TCP : principe Fonctionnement en mode connecté
Données envoyées dans un « tuyau » et non pas par paquet Flux de données Correspond aux flux Java dans la mise en oeuvre Java des sockets TCP
Fiable : la couche TCP assure que Les données envoyées sont toutes reçues par la machine destinataire Les données sont reçues dans l'ordre où elles ont été envoyées
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Sockets TCP : principe Principe de communication
Le serveur lie une socket d'écoute sur un certain port bien précis et appelle un service d'attente de connexion de la part d'un client
Le client appelle un service pour ouvrir une connexion avec le serveur
Il récupère une socket (associée à un port quelconque par le système)
Du coté du serveur, le service d'attente de connexion retourne une socket de service (associée à un port quelconque)
C'est la socket qui permet de dialoguer avec ce client Comme avec sockets UDP : le client et le serveur
communiquent en envoyant et recevant des données via leursocket
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Sockets TCP en Java Classes du package java.net utilisées pour
communication via TCP InetAddress : codage des adresses IP
Même classe que celle décrite dans la partie UDP et usage identique
Socket : socket mode connecté ServerSocket : socket d'attente de connexion du coté
server
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Sockets TCP en Java Classe Socket
Socket mode connecté Constructeurs
public Socket(InetAddress address, int port)throws IOException
Crée une socket locale et la connecte à un port distant d'une machine distante identifié par le couple address/port
public Socket(String address, int port)throws IOException,UnknownHostException
Idem mais avec nom de la machine au lieu de son adresse IP codée Lève l'exception UnknownHostException si le service de nom ne
parvient pas à identifier la machine Variante de ces 2 constructeurs pour préciser en plus un port local
sur lequel sera liée la socket créée
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Sockets TCP en Java Classe Socket
Méthodes d'émission/réception de données Contrairement aux sockets UDP, les sockets TCP n'offre pas
directement de services pour émettre/recevoir des données On récupère les flux d'entrée/sorties associés à la socket
OutputStream getOutputStream() Retourne le flux de sortie permettant d'envoyer des données via la
socket InputStream getInputStream()
Retourne le flux d'entrée permettant de recevoir des données via la socket
Fermeture d'une socket public close()
Ferme la socket et rompt la connexion avec la machine distante
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Sockets TCP en Java Classe Socket
Méthodes « get » int getPort()
Renvoie le port distant avec lequel est connecté la socket InetAddress getAddress()
Renvoie l'adresse IP de la machine distante int getLocalPort()
Renvoie le port local sur lequel est liée la socket public void setSoTimeout(int timeout)
throws SocketException
Positionne l'attente maximale en réception de données sur le flux d'entrée de la socket
Si temps dépassé lors d'une lecture : exception SocketTimeoutException est levée
Par défaut : temps infini en lecture sur le flux
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Sockets TCP en Java Classe ServerSocket
Socket d'attente de connexion, coté serveur uniquement Constructeurs
public ServerSocket(int port) throws IOException
Crée une socket d'écoute (d'attente de connexion de la part de clients) La socket est liée au port dont le numéro est passé en paramètre
L'exception est levée notamment si ce port est déjà lié à une socket Méthodes
Socket accept() throws IOException Attente de connexion d'un client distant Quand connexion est faite, retourne une socket permettant de
communiquer avec le client : socket de service void setSoTimeout(int timeout) throws SocketException
Positionne le temps maximum d'attente de connexion sur un accept Si temps écoulé, l'accept lève l'exception SocketTimeoutException
Par défaut, attente infinie sur l'accept
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Sockets TCP Java – exemple coté client Même exemple qu'avec UDP
Connexion d'un client à un serveur Envoi d'une chaîne par le client et réponse sous forme
d'une chaîne par le serveur Coté client
// adresse IP du serveur InetAddress adr = InetAddress.getByName("scinfr222");
// ouverture de connexion avec le serveur sur le port 7777Socket socket = new Socket(adr, 7777);
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Sockets TCP Java – exemple coté client Coté client (suite)
// construction de flux objets à partir des flux de la socketObjectOutputStream output =
new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());ObjectInputStream input =
new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
// écriture d'une chaîne dans le flux de sortie : c'est-à-dire envoi de // données au serveuroutput.writeObject(new String("youpi"));
// attente de réception de données venant du serveur (avec le readObject)// on sait qu'on attend une chaîne, on peut donc faire un cast directementString chaine = (String)input.readObject();System.out.println(" recu du serveur : "+chaine);
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Sockets TCP Java – exemple coté serveur // serveur positionne sa socket d'écoute sur le port local 7777
ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(7777);
// se met en attente de connexion de la part d'un client distantSocket socket = serverSocket.accept();
// connexion acceptée : récupère les flux objets pour communiquer// avec le client qui vient de se connecterObjectOutputStream output =
new ObjectOutputStream(socket.getOutputStream());ObjectInputStream input =
new ObjectInputStream(socket.getInputStream());
// attente les données venant du clientString chaine = (String)input.readObject();
System.out.println(" recu : "+chaine);
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Sockets TCP Java – exemple coté serveur Coté serveur (suite)
// affiche les coordonnées du client qui vient de se connecterSystem.out.println(" ca vient de : "
+socket.getInetAddress()+":"+socket.getPort());
// envoi d'une réponse au client output.writeObject(new String("bien recu"));
Quand manipule des flux d'objets Souvent utile de vérifier le type de l'objet reçu Utilise instanceof Exemple
String chaine; Personne pers;Object obj = input.readObject();if (obj instanceof String) chaine = (String)obj;if (obj instanceof Personne) pers = (Personne)obj;
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Sockets TCP Critique sockets TCP
Avantages Niveau d'abstraction plus élevé qu'avec UDP
Mode connecté avec phase de connexion explicite Flux d'entrée/sortie
Fiable Inconvénients
Plus difficile de gérer plusieurs clients en même temps Nécessite du parallélisme avec des threads (voir suite cours) Mais oblige une bonne structuration coté serveur
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Sockets UDP ou TCP ? Choix entre UDP et TCP
A priori simple TCP est fiable et mieux structuré
Mais intérêt tout de même pour UDP dans certains cas Si la fiabilité n'est pas essentielle Si la connexion entre les 2 applications n'est pas utile Exemple
Un thermomètre envoie toutes les 5 secondes la température de l'air ambiant à un afficheur distant
Pas grave de perdre une mesure de temps en temps Pas grave d'envoyer les mesures même si l'afficheur est absent
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Sockets UDP ou TCP ? Exemple de protocole utilisant UDP : NFS
Network File System (NFS) Accès à un système de fichiers distant
A priori TCP mieux adapté car besoin de fiabilité lors des transferts des fichiers, mais
NFS est généralement utilisé au sein d'un réseau local Peu de pertes de paquets
UDP est plus basique et donc plus rapide TCP gère un protocole assurant la fiabilité impliquant de nombreux
échanges supplémentaires entre les applications (envoi d'acquittement...) Peu de perte de paquet en UDP en local : peu directement gérer la fiabilité
au niveau NFS ou applicatif et c'est moins couteux en temps Dans ce contexte, il n'est pas pénalisant d'utiliser UDP au lieu de
TCP pour NFS NFS fonctionne sur ces 2 couches
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Multicast IP
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Multicast On a vu comment faire communiquer des
applications 1 à 1 via des sockets UDP ou TCP UDP offre un autre mode de communication : multicast
Plusieurs récepteurs pour une seule émission d'un paquet Broadcast, multicast
Broadcast (diffusion) : envoi de données à tous les éléments d'un réseau
Multicast : envoie de données à un sous-groupe de tous les éléments d'un réseau
Multicast IP Envoi d'un datagramme sur une adresse IP particulière Plusieurs éléments lisent à cette adresse IP
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Multicast Adresse IP multicast
Classe d'adresse IP entre 224.0.0.0 et 239.255.255.255 Classe D Adresses entre 225.0.0.0 et 238.255.255.255 sont utilisables par
un programme quelconque Les autres sont réservées
Une adresse IP multicast n'identifie pas une machine sur un réseau mais un groupe multicast
Socket UDP multicast Avant envoi de paquet : on doit rejoindre un groupe
Identifié par un couple : @IP multicast/numéro port Un paquet envoyé par un membre du groupe est reçu par
tous les membres de ce groupe
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Multicast Utilités du multicast UDP/IP
Evite d'avoir à créer X connexions et/ou d'envoyer X fois la même donnée à X machines différentes
En pratique Utilisé pour diffuser des informations Diffusion de flux vidéos à plusieurs récepteurs
Chaine de télévision, diffusion d'une conférence Le même flux est envoyé à tous au même moment
Pour récupérer des informations sur le réseau 224.0.0.12 : pour localiser un serveur DHCP
Limites Non fiable et non connecté comme UDP
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Multicast UDP en Java Classe java.net.MulticastSocket
Spécialisation de DatagramSocket Constructeurs : identiques à ceux de DatagramSocket
public DatagramSocket() throws SocketException Crée une nouvelle socket en la liant à un port quelconque libre Exception levée en cas de problème (a priori il doit pas y en avoir)
public DatagramSocket(int port) throws SocketException
Crée une nouvelle socket en la liant au port précisé par le paramètre port : c'est le port qui identifie le groupe de multicast
Exception levée en cas de problème
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Multicast UDP en Java Classe java.net.MulticastSocket (suite)
Gestion des groupes public void joinGroup(InetAddress mcastaddr)
throws IOException
Rejoint le groupe dont l'adresse IP multicast est passée en paramètre
L'exception est levée en cas de problèmes, notamment si l'adresse IP n'est pas une adresse IP multicast valide
public void leaveGroup(InetAddress mcastaddr) throws IOException
Quitte un groupe de multicast L'exception est levée si l'adresse IP n'est pas une adresse IP
multicast valide Pas d'exception levée ou de problème quand on quitte un groupe
auquel on appartient pas
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Multicast UDP en Java Classe java.net.MulticastSocket (suite)
Emission/réception de données On utilise les services send() et receive() avec des
paquets de type DatagramPacket tout comme avec une socket UDP standard
Exemple, exécution dans l'ordre : Connexion à un groupe Envoi d'un paquet Réception d'un paquet Quitte le groupe
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Multicast UDP en Java Exemple de communication via socket multicast UDP
// adresse IP multicast du groupeInetAddress group = InetAddress.getByName("228.5.6.7");
// socket UDP multicast pour communiquer avec groupe 228.5.6.7:4000MulticastSocket socket = new MulticastSocket(4000);
// données à envoyerbyte[] data = (new String(''youpi'')).getBytes();
// paquet à envoyer (en précisant le couple @IP/port du groupe)DatagramPacket packet =
new DatagramPacket(data, data.length, group, 4000);
// on joint le groupe socket.joinGroup(group);
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Multicast UDP en Java Exemple (suite)
// on envoie le paquetsocket.send(packet);
// attend un paquet en réponse socket.receive(packet);
// traite le résultat...// quitte le groupesocket.leaveGroup(group);
Notes Il est possible que le receive récupère le paquet que le send vient
juste d'envoyer Besoin d'un autre receive pour réponse venant d'un autre élément
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Concurrence dans une application
Threads Java
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Concurrence Par principe, les éléments distants
communiquants sont actifs en parallèle Plusieurs processus concurrents Avec processus en pause lors d'attente de messages
Exemple de flux d'exécution pour notre exemple de client/serveur précédent
temps
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Sockets TCP – gestion plusieurs clients Particularité coté serveur en TCP
Une socket d'écoute sert à attendre les connexions des clients
A la connexion d'un client, une socket de service est initialisée pour communiquer avec ce client
Communication avec plusieurs clients pour le serveur Envoi de données à un client
UDP : on précise l'adresse du client dans le paquet à envoyer TCP : utilise la socket correspondant au client
Réception de données venant d'un client quelconque UDP : se met en attente d'un paquet et regarde de qui il vient TCP : doit se mettre en attente de données sur toutes les
sockets actives
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Sockets TCP – gestion plusieurs clients Communication avec plusieurs clients (suite)
Contrainte Lecture sur une socket : opération bloquante
Tant que des données ne sont pas reçues Attente de connexion : opération bloquante
Jusqu'à la prochaine connexion d'un client distant Avec un seul flot d'exécution (processus/thread)
Si ne sait pas quel est l'ordonnancement des arrivées des données des clients ou de leur connexion au serveur
Impossible à gérer Donc nécessité de plusieurs processus ou threads
Un processus en attente de connexion sur le port d'écoute Nouvelle connexion : un nouveau processus est créé pour gérer la
communication avec le nouveau client
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Sockets TCP – gestion plusieurs clients Boucle de fonctionnement général d'un serveur
pour gérer plusieurs clients while(true)
socketClient = acceptConnection()newThread(socketClient)
Exempleavec 2clients ->
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Gestion plusieurs clients Java offre nativement un mécanisme permettant
de gérer des flux d'exécution parallèle Les threads
Rappel différence processus/thread Le processus est créé comme une copie d'un processus
existant Deux processus distincts avec leur mémoire propre
Le thread s'exécute au sein d'un processus existant Nouveau flux d'exécution interne Partage des données du processus
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Threads en Java Pour créer et lancer un nouveau thread, 2 modes
Etendre la classe java.lang.Thread Redéfinir la méthode public void run()
Qui contient la séquence de code qu'exécutera le thread Pour lancer le thread
Instancier normalement la classe définie Appeler ensuiter la méthode start() sur l'objet créé
Implémenter l'interface java.lang.Runnable Définir la méthode public void run() de cette interface
Qui contient la séquence de code qu'exécutera la thread Pour lancer le thread
Instancier normalement la classe définie Créer une instance de la classe Thread en passant cet objet en
paramètre Lancer la méthode start() du thread instancié
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Thread Java – exemple Classe CalculFactoriel calcule un factoriel et affiche
le résultat à l'écran Via un thread à part
public class CalculFactoriel extends Thread {
protected int nb;
public void run(){int res = 1;for (int i=1; i<=nb; i++)
res = res * i;System.out.println(''factoriel de ''+nb+''=''+res);
}
public CalculFactoriel(int nb) {this.nb = nb; }
}
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Thread Java – exemple Lancement du calcul des factoriels de 1 à 10 en
parallèle ...
CalculFactoriel cf;for (int i=10; i >= 1; i--) {
cf = new CalculFactoriel(i);cf.start();
}...
Deux phases pour lancer un calcul On instantie normalement la classe CalculFactoriel On appelle la méthode start() sur l'objet créé
La séquence d'instructions de la méthode run() de la classe CalculFactoriel est exécutée via un nouveau thread créé
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Thread Java – variante exemple Même exemple mais sans spécialiser la classe Thread
Implémentation de l'interface Runnable
public class CalculFactoriel implements Runnable {
protected int nb;
public void run(){int res = 1;for (int i=1; i<=nb; i++)
res = res * i;System.out.println(''factoriel de ''+nb+''=''+res);
}
public CalculFactoriel(int nb) {this.nb = nb; }
}
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Thread Java – variante exemple Lancement des threads
...CalculFactoriel cf;for (int i=10; i >= 1; i--) {
cf = new CalculFactoriel(i);(new Thread(cf)).start();
}...
On lance un Thread générique qui exécutera la méthode run() de l'objet de type Runnable passé en paramètre du constructeur
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Thread Java – création 2 méthodes pour créer et exécuter un thread
Laquelle choisir ? A priori peu de différence Sauf dans le cas où la classe doit hériter d'une autre
classe Cas typique d'une applet
public MaClasse extends Applet implements Runnable Doit alors forcément utiliser l'interface Runnable
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Thread Java – résultat exemple (un) résultat de l'exécution du programme
factoriel de 10=3628800factoriel de 9=362880factoriel de 8=40320factoriel de 7=5040factoriel de 6=720factoriel de 5=120factoriel de 4=24factoriel de 3=6factoriel de 2=2factoriel de 1=1
Les résultats des calculs sont affichés dans l'ordre de leur lancement
Pourtant les calculs de petites valeurs sont normalement plus courts car moins de passages dans la boucle ...
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Ordonnancement des threads Ordonnancement des processus/threads
Sur une machine, nombre de flots d'exécution en réel parallélisme = nombre de processeurs
Les processus/threads doivent partager les supports d'exécution pour s'exécuter
Pour simuler un parallélisme d'exécution avec un seul processeur
Un processus/thread n'est pas exécuté du début à la fin en une seule étape
Un processus/thread exécute une partie de ses instructions pendant un temps donné avant de passer la main à un autre processus
Plus tard, il retrouvera la main et continuera son exécution
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Ordonnancement des threads Dépendance thread/processus
Un thread est créé par et dans un processus Selon le système d'exploitation, l'ordonnancement se fait
Uniquement au niveau processus Le système s'occupe de gérer uniquement le parallélisme des processus Un processus gère en interne l'ordonnancement de ses propres threads
Au niveau de tous les thread et processus Les threads des processus et les processus sont ordonnancés par le
système Approche mixte
L'ordonnancement se fait au niveau processus mais certains threads particuliers peuvent être ordonnancés par le système au même niveau que les processus
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Ordonnancement des threads Deux types d'ordonnancement par le système (ou
par le processus pour ordonnancer ses threads) Préemptif
Le système interrompt l'exécution des processus/threads pour partager l'accès au processeur
Le système décide quel est le prochain processus/thread qui continuera son exécution
Coopératif Un processus/thread ne libère le processeur que
Quand il est bloqué momentanément (entrée/sortie ...) De sa propre initiative
Le système décide alors quel est le prochain processus/thread qui continuera son exécution
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Ordonnancement des threads Java Ordonnancement des threads en Java
Exécution d'une machine virtuelle Java Via un processus du système d'exploitation Qui exécute plusieurs threads Java
Le thread principal Correspondant au static void main(String argv[])
Les threads créés par le programme Les threads gérant l'interface graphique Garbage collector ...
Particularité de Java Langage multi-plateformes (windows, linux, solaris, ...) L'ordonnancement des processus/threads dépend du
système d'exploitation
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Ordonnancement des threads Java Principe fondamental
On ne doit pas se baser sur un modèle d'ordonnancement particulier pour développer une application multi-threadée en Java
Par principe, on considèrera le modèle le plus contraignant
Généralement c'est l'ordonnancement coopératif des threads Java
Si on veut un parallélisme « correct », tout thread doit relacher la main de temps en temps
Sans oublier qu'en cas de synchronisation/communication obligatoire entre threads, il faut que tout thread ait la main régulièrement
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Ordonnancement des threads Les threads peuvent avoir des priorités différentes
Un thread plus prioritaire a la main en priorité Si un thread de plus haute priorité que le thread courant actif veut la
main, il la récupère alors de suite Toujours via un ordonnancement préemptif
Accès aux priorités, méthodes de la classe Thread public int getPriority() : retourne le niveau de priorité du
thread public void setPriority(int priority) : change le
niveau de priorité du thread Trois constantes de la classe Thread pour définir les priorités
MAX_PRIORITY : niveau de priorité maximal possible (10) MIN_PRIORITY : niveau de priorité minimal possible (1) NORM_PRIORITY : niveau de priorité par défaut (5)
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Ordonnancement des threads Java Retour sur l'exemple du calcul de factoriel
Une fois que la méthode run() d'un thread est commencée, on doit donc supposer que ce thread garde au pire le processeur jusqu'à la fin de sa méthode run()
Pour avoir un meilleur parallélisme, il faut qu'un thread passe la main à un autre thread de temps en temps
Dans la classe java.lang.Thread public static void yield() Le thread s'interrompt et passe la main à un autre thread
Modification de l'exemple Ajout d'un yield() après chaque calcul dans run()
for (int i=1; i<=nb; i++) {res = res * i;Thread.yield(); }
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Thread Java – nouveau résultat exemple (un) résultat d'exécution de l'exemple après la modification
factoriel de 1=1factoriel de 2=2factoriel de 3=6factoriel de 4=24factoriel de 5=120factoriel de 6=720factoriel de 7=5040factoriel de 8=40320factoriel de 9=362880factoriel de 10=3628800
Bien que lancés en dernier, les calculs les plus courts se terminent en premier
Ordonnancement plus « naturel » que le précédent Correspond à ce que l'on aurait avec un parrallélisme physique complet
Mais aurait pu avoir un ordre moins « parfait » 1, 2, 4, 3, 5, 7, 6, 8, 9, 10 par exemple
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Ordonnancement des threads Un thread passe la main à un autre dès qu'il est bloqué ou
en attente, c'est-à-dire dans les cas suivants Il est bloqué en attente sur une entrée/sortie (flux) Il est bloqué sur l'accès à un objet synchronisé Il se met en attente avec un wait() Il fait une pause pendant une certaine durée avec un sleep() Il a executé un yield() pour céder explicitement la main Il se met en attente de la terminaison d'un autre thread avec un join() Il se termine Un thread de plus haute priorité demande la main
Une application Java se termine quand Le main() et tous les run() de tous les threads créés sont
terminés
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Interactions entre threads Les threads sont des objets comme les autres
Ils possèdent des références sur d'autres objets Un thread peut appeler des méthodes sur ces objets On peut appeler des méthodes sur le thread Communication/interaction possible via ces objets ou les
méthodes du thread Avec mécanisme possible d'accès en exclusion mutuelle
Relations entre les cycles de vie des threads Un thread peut lancer un autre thread Un thread peut attendre qu'un ou plusieurs threads se
terminent Un thread peut se bloquer et attendre d'être réveillé par un
autre thread
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Interactions entre threads Communication par objet partagé
Les threads s'exécutent dans la même machine virtuelle, dans le même espace mémoire
Accès possible aux mêmes objets Modification de l'exemple précédent pour ne plus afficher les résultats
mais les stocker dans un tableau auquel tous les threads ont accès
public class CalculFactorial{
protected int[] tab;protected int nb;
public void run(){int res = 1;for (int i=1; i<=nb; i++)
res = res * i;//enregistre le résultat dans tableau tab[nb - 1] = res;
}
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Interactions entre threads Modification du constructeur pour passer le tableau
partagé en paramètre
public CalculFactoriel(int nb, int[] tab) {this.nb = nb;this.tab = tab; }
Nouveau lancement des threads dans le thread principal
int[] resultats = new int[10];CalculFactoriel cf;for (int i=10; i >= 1; i--) {
cf = new CalculFactoriel(i, resultats);(new Thread(cf)).start();
} Avant d'afficher les résultats : doit attendre que tous les
threads soient terminés
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Interactions entre threads Un thread peut attendre qu'un thread se termine via la
méthode join() appellée sur le thread dont on attend la fin Pour l'exemple, le thread principal doit attendre que tous les
threads lancés soient terminés
int[] resultats = new int[10];CalculFactoriel[] tabCF = new CalculFactoriel[10];CalculFactoriel cf;// lance les threadsfor (int i=10; i>=1; i--) {
cf = new CalculFactoriel(i, resultats);tabCF[i-1] = cf;cf.start(); }
// attend la fin de chaque threadfor (int i=0; i < 10; i++) {
try { tabCF[i].join(); } catch(InterruptedException e) {System.err.println(e);}
}
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Interactions entre threads Modification exemple (suite)
Une fois la boucle avec les join() passée, on est certain que tous les threads de calcul sont finis
Peut alors afficher les résultats
for (int i=1; i<=10; i++)System.out.println(" factoriel de "
+i+"="+resultats[i-1]); Trois méthodes de la classe Thread pour attendre la
terminaison d'un thread public void join() : attend la fin du thread public void join(int milli) : attend au plus milli
millisecondes public void join(int milli, int nano) : attend au
plus milli millisecondes et nano nanosecondes
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Interactions entre threads Méthodes join() (suite)
Les 3 méthodes join() peuvent lever l'exception java.lang.InterruptedException
Si exception levée : signifie que l'attente du thread a été interrompue et qu'il reprend son activité
Pour arrêter l'attente d'un thread : appel de la méthodepublic void interrupt() sur le thread
Interrogation sur l'état d'un thread public boolean isInterrupted() : retourne vrai si le
thread a été interrompu dans son attente public boolean isAlive() : retourne vrai si le thread est
en vie (démarré mais pas encore terminé)
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Synchronisation sur objets Tableau partagé de l'exemple
Chaque thread écrit dans sa case du tableau Pas de risque de conflit dans ce cas
Mais attention aux accès concurrents à des objets partagés
Peut conduire à des incohérences Si 2 threads modifient en même temps le même objet par ex. En pratique, sur une machine mono-processeur, un seul thread
est actif en même temps Mais un thread peut commencer une méthode, passer la main à
un autre thread qui modifiera l'état de l'objet Le premier thread reprend alors l'exécution de la méthode avec un
état différent et incohérent
100
Synchronisation sur objets Exemple de code pouvant poser problème
public class CalculPuissance {
protected int puissance = 1;
public int calculPuissance(int val) {int res = val;for (int i=1; i<puissance; i++)
res = res * val;return res;
}public setPuissance(int p) {
puissance = p;} }
Doit prendre en compte le cas d'ordonnancement le plus mauvais
Ordonnancement préemptif des threads dans ce cas précis
101
Synchronisation sur objets Exemple (suite)
Lancement d'un calcul de puissanceCalculPuissance cp = new CalculPuissance();... // passage de la référence de cp à d'autres threadscp.setPuissance(3);int resultat = cp.calculPuissance(2);System.out.println(" puissance 3 de 2 = "+resultat);
Problème Si pendant l'exécution de calculPuissance(), un autre thread
appelle setPuissance(), le calcul sera faux ! Exemple avec un autre thread appelant setPuissance() avec la
valeur 4 pendant l'exécution de calculPuissance()puissance 3 de 2 = 16
Valeur 16 renvoyée au lieu de 8 ... Car l'attribut puissance est passé à la valeur 4 au milieu de la boucle
102
Synchronisation sur objets Primitive synchronized
Elle s'applique sur un objet (n'importe lequel) Exclusion mutuelle sur une séquence de code
Il est impossible que 2 threads exécutent en même temps une section de code marquée synchronized pour un même objet
Sauf si un thread demande explicitement à se bloquer avec un wait()
Deux utilisations de synchronized Sur la méthode d'une classe (s'applique à tout son code pour un
objet de cette classe)public synchronized int calculPuissance(int val)
Sur un objet quelconque synchronized(cp) {
// zone de code protégée sur l'objet cp }
103
Synchronisation sur objets Retour sur l'exemple
Suppression de l'erreur potentielle de calcul On rajoute synchronized dans la définition des méthodes
public synchronized int calculPuissance(int val) {
int res = val;for (int i=1; i<puissance; i++)
res = res * val;return res;
}public synchronized setPuissance(int p) {
puissance = p;}
Il est alors impossible qu'un thread modifie la valeur de puissance lorsqu'un calcul est en cours
Car synchronized interdit que setPuissance() soit exécutée tant que l'exécution d'un calculPuissance() n'est pas finie
104
Synchronisation sur objets Exemple du calcul de puissance (suite)
Il reste un problème potentiel de cohérence, pour la séquence de lancement du calcul
CalculPuissance cp = new CalculPuissance();... // passage de la référence de cp à d'autres threadscp.setPuissance(3);// un autre thread peut appeler ici setPuissance// avec la valeur de 4 avant que le calcul soit lancécp.setPuissance(4); // exécuté dans un autre threadint resultat = cp.calculPuissance(2);System.out.println(" puissance 3 de 2 = "+resultat);
Le résultat affiché sera là encore 16 au lieu de 8 Calcul effectué correctement cette fois mais ce n'est pas celui qui
était voulu par le thread !
105
Synchronisation sur objets Exemple du calcul de puissance (suite)
Pour éviter ce problème, il faut protéger la séquence de positionnement de la puissance puis du calcul
CalculPuissance cp = new CalculPuissance();int resultat;
... // passage de la référence de cp à d'autres threads
synchronized(cp) {cp.setPuissance(3);resultat = cp.calculPuissance(2); }
System.out.println(" puissance 3 de 2 = "+resultat); Avec ce code, il est impossible qu'un autre thread exécute sur
l'objet cp la méthode setPuissance() entre le setPuissance() et le calculPuissance()
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Synchronisation sur objets Exemple du calcul de puissance (fin)
Avec ce nouveau code, il y a trois sections de code protégées sur l'objet cp, avec un accès en exécution en exclusion mutuelle Le code de la méthode setPuissance() Le code de la méthode calculPuissance() La séquence
synchronized(cp) { cp.setPuissance(3); resultat = cp.calculPuissance(2); }
Si un thread est en train d'exécuter une de ces 3 sections protégées sur l'objet cp
Aucun autre thread ne peut exécuter une des 3 sections protégées tant que le premier thread n'a pas fini d'exécuter sa section protégée
Note La séquence de code inclue dans le synchronized(cp) {...}
ne contient que des références à cp mais ce n'est pas une obligation
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Synchronisation sur objets Pour des variables de types primitifs (int ...) en
accès concurrent, on utilise volatile Le problème n'est pas forcément dans la possible
incohérence en lecture/écriture Mais vient du fonctionnement des threads
Localement, un thread gère une copie d'une variable partagée La déclarer comme volatile force à garder la cohérence entre
la copie locale et la variable partagée Exemple
protected volatile int nb;
public int incNb() { return nb++; } Assure que si un thread exécute incNb() il utilise la valeur
de nb la plus à jour
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Synchronisation entre threads Problème courant
Besoin d'un point de synchronisation entre threads Un thread fait un calcul et un autre thread attend que le résultat de ce
calcul soit disponible pour continuer son exécution Solution basique : déclarer un booléen available qui sera mis à vrai quand
le résultat est disponiblepublic class ThreadCalcul extends Thread {
protected boolean available;protected int result;
public boolean getAvailable() { return available;}
public int getResult() { return result; }
public void run() {// faire calcul, mettre result à jour et préciser // que le résultat est disponibleavailable = true;// continuer l'exécution du thread } }
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Synchronisation entre threads Du coté du thread attendant le résultat
Solution basique Vérifier en permanence la valeur de available
ThreadCalcul calcul; // calcul lancé avec référence sur bon thread...// boucle attendant que le résultat soit disponiblewhile (!calcul.getAvailable()) {// fait rien, juste attendre que available change}int res = calcul.getResult();
Problème Attente active
Le thread qui fait la boucle peut ne jamais lacher la main L'autre thread ne peut donc pas faire le calcul !
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Synchronisation entre threads Pour éviter problème de l'attente active
Soit le thread passe la main avec un yield() dans la boucle
Mais reste très actif pour pas grand chose ... Dans la boucle, le thread peut faire des pauses
Pause d'un thread : sleep dans la classe Thread public static void sleep(long millis[, int nanos])
throws InterruptedException Le thread courant fait une pause de millis millisecondes [et
nanos nanosecondes] Pendant cette pause, un autre thread peut alors prendre la main L'exception InterruptedException est levée si le thread
a été interrompu pendant sa pause
111
Synchronisation entre threads Modification de la boucle d'attente avec un sleep
while (!calcul.getAvailable()) {
try {Thread.sleep(100); }
catch (java.lang.InterruptedException e) { ... }}
}int res = calcul.getResult();
Problèmes Combien de temps doit durer la pause ? On est pas averti dès que le calcul est fini
Solution idéale Se mettre en pause et être réveillé dès que le résultat est disponible Programmation en mode « réactif » : réaction/réveil sur
événements, jamais d'attente ou de vérification active
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Synchronisation entre threads Synchronisation par moniteur
Dans une section de code protégée par un synchronized,trois primitives de synchronisation sur un objet
public void wait() throws InterruptedException Le thread se bloque Il permet alors à un autre thread d'exécuter une séquence de code
protégée sur l'objet C'est le cas où un thread peut exécuter une séquence protégée alors
qu'un autre thread n'a pas terminé son exécution Il existe 2 variantes permettant de rester bloquer au plus un certain temps
public void notify() Débloque un thread bloqué (pris au hasard si plusieurs thread
bloqués) sur un wait() sur cet objet public void notifyAll()
Débloque tous les threads bloqués sur un wait() sur cet objet
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Synchronisation entre threads Synchronisation par moniteur
wait(), notify() et notifyAll() sont des méthodes de la classe java.lang.Object
Application à l'exemple précédent Thread faisant le calcul
public class ThreadCalcul extends Thread {
protected boolean available;protected int result;
public synchronized boolean getAvailable() {return available;
}
114
Synchronisation entre threads Thread faisant le calcul (suite)
public void run() {// faire le calcul, mettre result à jour et préciser // que le résultat est disponiblesynchronized(this) {
available = true;this.notifyAll();
}// continuer l'exécution du thread }
// opération de récupération du résultat// si pas encore disponible, on attend qu'il le soitpublic synchronized getResult() {
while (!this.getAvailable) try { this.wait(); }
catch (InterruptedException e) {... } } } Thread attendant le résultat
int res = calcul.getResult(); Si le résultat n'est pas disponible, on sera bloqué en attendant
le notify executé par le thread de calcul
115
Résumé sur les threads Thread
Objet ayant son propre flot d'exécution Etats, opérations associés aux threads
Créé : instantiation standard d'un objet Java Démarré et actif : après appel de la méthode start() En pause : méthode sleep() Bloqué sur un objet synchronisé : méthode wait()
Réveillé par un notify() sur le même objet Attente de la terminaison d'un autre thread : méthode join() Interrompu pendant une pause sur un wait(), sleep() ou un
join() par l'appel de interrupt() L'exception InterruptedException est levée
Terminé : arrivé à la fin de sa méthode run()
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Résumé sur les threads Pourquoi et quand utiliser des threads ?
Sur une machine mono-processeur pas de gain de performances a priori en parallélisant
Certains cas imposent des threads Pour entreés/sorties, les lectures sont généralement bloquantes
On dédie un ou plusieurs threads aux réceptions pour gérer des réceptions multiples, ainsi que d'éviter de bloquer le programme
Les threads de lecture communiquent par synchronisation/objets communs avec les autres threads
Les interfaces graphiques utilisent également des threads, généralement de hautes priorités
Peut gérer des événements graphiques (clics ...) venant de l'utilisateur alors que le programme effectue d'autres traitements
Peut aussi être une meilleure structuration du fonctionnement de l'application
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Résumé sur les threads Points délicats en programmation multi-threadée
Eviter les famines : un thread n'a jamais la main Ne jamais utiliser d'attente active S'assurer qu'un thread passe la main suffisamment Ne pas avoir des threads de haute priorité beaucoup trop actifs
Eviter les interblocages Un thread T1 attend le résultat d'un thread T2 qui attend lui le
résultat du thread T1 Si chacun se bloque sur un wait(), aucun ne pourra faire le
notify() réveillant l'autre Interblocage peut se passer via une chaîne de plusieurs threads
interdépendants Pas toujours simple à détecter si dépendances complexes
118
Résumé sur les threads Problèmes de performances en cas d'utilisation
massive de threads Relativement coûteux de créer un thread à chaque requête
En temps de création et de destruction par le garbage collector Pool de thread : ensemble de threads déjà créés et qui peuvent
être réutilisés pour traiter de nouvelles requêtes La méthode run() est une boucle qui traite une requête à chaque
passage Avec la synchronisation (wait/notify) on peut relancer un passage
dans la boucle pour traiter une nouvelle requête Attention à la taille du pool selon le nombre de requêtes simultanées à
traiter Eviter de définir des méthodes en synchronized prenant un
temps relativement long à s'exécuter et étant souvent appelées