♨️ جلسه سی و ششم - چندنخی(Multithreading) در زبان برنامه نویسی جاوا

لیست تمامی دوره های آموزش زبان برنامه نویسی جاوا[کــلیک کنید]

جاوا یک زبان برنامه نویسی چندنخی (Multithreading) است، یعنی ما می‌توانیم برنامه های چندنخی (Multithreading)،برنامه هایی که چندین عملیات را همزمان با هم برامون انجام میدن را بنویسیم و توسعه دهیم.

یک برنامه چندنخی شامل دو یا چند بخش است که می‌توانند بصورت همزمان اجرا شوند.و هر بخش در همان زمان اجرا می‌توانند کار متفاوتی را انجام دهند.

من نمی‌خوام زیاد وارد جزییات کار thread ها شوم!!! بیشتر هدف اینه که کاربردشون چیه و چطور ازشون در برنامه مون استفاده کنیم!!جهت آگاهی از جزییات thread ها در گوگل سرچ کنید!!!منابع در این مورد زیاد!! ما میخوایم سریع بریم شراغ کدنویسی :-)

همان طور که گفتیم ،چندنخی (Multithreading) به اجرای همزمان چند بخش از یک برنامه اشاره دارد، این یعنی ما برای هر بخش از برنامه خود یک thread تعریف کرده و این thread ها هستند که همزمان در حال اجرا هستند!!! به همین دلیل به آن Multithreading می‌گویند.یعنی اجرای همزمان چند thread در برنامه مون. اگر تا اینجا متوجه نشدید اصلا نگران نباشید.سعی می‌کنیم این مبحث چغر!!! رو به هر ترتیبی شده یاد بگیریم :-)

از مزایا و کاربرد های thread ها در جاوا :

1.  چندنخی (Multithreading) کاربر را محدود نمی‌کند،چرا که تردها (thread ها) هنگام اجرا مستقل از هم هستند و می‌توانند عملیات های متعدد را همزمان انجام بدهند.

2.  با thread ها شما می‌توانید چندین عملیات را باهم انجام بدید و این باعث صرفه جویی در زمان می‌شود.

3.  همان طور که گفتیم thread ها مستقل از یکدیگر هستند و روی هم تاثیری ندارند مگر استثنایی رخ دهد.

مثال از دنیای واقعی

احتمالا پیش خودتون بگید چقدر داره توضیح میده چرا نمیره سراغ کدنویسی اینم شد آموزش؟! :-)

منم مثل خودتون بی تابم برای رفتن سراغ کدنویسی اما چه کنیم که باید ابتدا مفهوم و کاربرد thread برامون روشن بشه.

خب تا اینجا گفتیم هر بخش از برنامه که بطور همزمان اجرا می‌شود یک thread است و به اجرای همزمان چند بخش از برنامه یا چند thread، چندنخی (Multithreading) می‌گویند.

برای درک بهتر مفهوم و کاربرد thread در برنامه نویسی یک مثال از دنیای واقعی برای شما می‌زنیم!!

مثال از یک انسان می‌زنیم!! یک انسان را در نظر بگیرید! یک انسان از چندین بخش تشکیل شده است!!! مثلا بخش شنوایی یا گوش انسان ،بخش بینایی یا چشم انسان،بخش دهان انسان،بخش قلب ،بخش مغز،بخش دست و....

وقتی شما با دوست خود در مورد یک موضوع در حال صحبت کردن هستید ،همزمان دارید دوستتون رو می‌بینید این یعنی بخش چشم داره کار میکنه، بعد همزمان دارید در مورد موضوع تک چرخ زدن جعفر در خیابان صحبت می‌کنی! این یعنی بخش دهان همزمان در حال کار و اجرا است و همچنین با حرکات دستتون دارید اشاره هایی می‌کنید این یعنی بخش دست در حال اجرا است و یهو هیجان زده میشید و تپش قلبتون میره بالا این یعنی بخش تپش قلب همزمان در حال اجرا در بدنتون است!!! در این مثال چند بخش از بدن شما همزمان در حال اجرا و کار کردن بود و هر بخش مستقل از یکدیگر بدون این که تاثیری رو هم بگذارند همزمان در حال اجرا بودند یعنی شما همزمان با چشمتون می‌دیدید و با دهانتون حرف می‌زدید و با دستتون اشاره می‌کردید و تپش قلبتون بالا می‌رفت بدون این که هر بخش اختلالی در سایر بخش های بدنتون ایجاد کند.

اگه بدن انسان را به یک برنامه کامپیوتری تشبیه کنیم! به هر بخش از بدن شما که به طور همزمان یک عملیاتی را انجام می‌دهند یک thread می‌گوییم.

در برنامه نویسی هم کاربرد thread همین گونه است،یعنی ما قصد داریم برنامه مون رو از تک بعدی و تک کاره ای خارج کنیم و برنامه ای با استفاده از مفهوم چندنخی بنویسیم که توانایی اجرای همزمان چندین کار را داشته باشد.

مثلا در بدن انسان از مفهوم چندنخی استفاده شده است و ما می‌توانیم همزمان که قلبمون در حال تپش و پمپاژ خون و معده مان در حال هضم غذا و کلیه هامون در حال تصفیه خون و چشمون در حال دیدن و گوششمون در حال شنیدن هست خم شویم و گوشی هوشمند
خود را برداریم و پست جعفر که در اینستاگرام گذاشته رو با انگشت شست لایک کنیم :-)

اگر در بدن انسان از مفهوم چندنخی استفاده نشده بود یک فاجعه رخ می‌داد!!! یعنی در ساده ترین حالت ممکن که داشتیم با دوستمون صحبت می‌کردیم ابتدا بخش چشم دوستمون رو میدید بعد که کار دیدن تمام می‌شد یهویی چشمون بسته می‌شد و بخش گوش کار می‌کرد!! بعد که قصد جواب دادن به دوستمون رو داشتیم یهویی بخش گوش غیر فعال میشد و بخش دهان کار میکرد البته اگر شانس اینو داشته باشیم که قلبمون کار و کنه و متوقف نشده باشه :-)

در برنامه نویسی هم مفهوم چندنخی (Multithreading) بسیار مهم و حیاتی برای برنامه ما است. مثلا اگر قصد ساخت یک بازی را داشتیم باید از مفهوم چندنخی استفاده کنیم! چرا که یک بازی باید پاسخ گوی همزمان زدن دکمه های کیبورد توسط کاربر،حرکت اشیای درون بازی، گرافیک بازی و... باشد!!

امیدوارم توانسته باشم با مثال مفهوم چندنخی (Multithreading) را برای شما روشن کنم.

حالا می‌رویم سراغ مفهوم چندنخی (Multithreading) در زبان جاوا و چگونگی استفاده از آن هنگام کد نویسی :-)

چرخه حیات یک thread (Life Cycle of a Thread) :

یک thread در چرخه حیات خود مراحل مختلفی را طی می‌کند. برای مثال یک thread متولد می‌شود،اجرا می‌شود و سپس می‌میرد.نمودار زیر چرخه کامل حیات یک thread را نشان می‌دهد:

• آموزش مفصل و کامل Multi thread در جاوا در دوره پیشرفته جاوا آکادمی جاواپرو[کلیک کنید]

در زیر مراحل چرخه حیات thread را بررسی می‌کنیم:

New (متولد شدن):

در این مرحله یک thread جدید ایجاد کرده و چرخه حیات thread ایجاد شده شروع می‌شود.در این مرحله thread فقط متولد یا ایجاد شده است و هیچ کار دیگه ای نمی‌کند و در همین حالت باقی می‌ماند.

Runnable(اجرا کردن):

در این مرحله thread تازه متولد شده به حالت آماده به اجرا در می‌آید.thread   در این حالت برای اجرای وظیفه ای در نظر گرفته می‌شود.

Waiting (در حالت انتظار):

گاهی اوقات یک thread به حالت انتظار می‌رود.خب چه موقع؟! وقتی که یک thread دیگر در حال اجرای وظیفه ای باشد ،thread اول تا اتمام کار thread دوم به حالت انتظار یا wait می‌رود و بعد از این که thread دوم انجام وظیفه اش تمام شد thread اول دوباره Runnable یا به وضعیت اجرایی شدن می‌رود.

مثلا وقتی که دوست شما دارد باهاتون صحبت می‌کند ،اگر گوش شما را یک thread فرض کنیم که Runnable شده و در وضعیت running قرار گرفته و حرف های دوستتون را می‌شنود.همزمان که thread گوش شما در حال شنیدن هست ،thread دهان شما در حال wainting یا انتظار قرار گرفته که بعد از اتمام گوش دادن، thread دهان به وضعیت Runnable در آمده و شروع به حرف زدن می‌کند و thread گوش به حالت waiting یا انتظار می‌رود :-)

Dead (مردن یا خاتمه):

یک thread، Runnable شده هنگامی به وضعیت Dead می‌رود یا خاتمه پیدا می‌کند که وظیفه ای که بر دوش داشته تمام شده باشد.

پیاده سازی Thread در جاوا

پیاده سازی thread در جاوا به این گونه است که ما می‌توانیم کلاس های خود را به یک thread تبدیل سازیم.یعنی کاری کنیم که کلاس های ما یک thread در نظر گرفته شوند.

ایجاد یک Thread با پیاده سازی اینترفیس Runnable :

برای این که کلاس شما یک thread در نظر گرفته شود کافیست در کلاس خود اینترفیس Runnable را پیاده سازی کنید.یعنی اینترفیس Runnable را در کلاس خود implements کنید.

برای تبدیل کلاس خود به یک thread کافیست گام های زیر را بردارید:

گام اول:

اینترفیس Runnable را در کلاس خود implements کنید:

فرض کنید کلاسی بصورت زیر داشته باشیم:

حالا قصد داریم کاری کنیم که کلاس Cat یک Thread درنظر گرفته شود.برای این کار   اینترفیس Runabble را در کلاس Cat implements می‌کنیم:

گام دوم:

✔ اینترفیس Runnable در بدنه خود یک متد با نام run دارد که شکل نوشتن آن بصورت زیر است:

✔ حال طبق مبحث اینترفیس که در جلسات گذشته مطالعه کردیم ،هر کلاسی که یک اینترفیس را implements کرد بلاجبار باید متدهای درون اینترفیس را در بدنه خود پیاده سازی کند.

✔ خب ما در گام اول کلاس Cat را implements به اینترفیس Runabble کردیم، پس لازم است متد run اینترفیس Runnable را در کلاس Cat پیاده سازی کنیم:

✔ همان طور که گفتیم یک thread هنگام ایجاد و در حالت اجرایی شدن وظیفه و عمل مشخصی را انجام می‌دهد. این وظیفه و عملی که برای thread مشخص می‌کنیم باید درون متد run قرار گیرد. نتیجه می‌گیریم که هر دستور لازم الاجرایی که برای thread مشخص می‌کنیم باید درون متد run قرار گیرد.

✔ حالا ما قصد داریم دستور چاپ پیام "Hello Javalike " را در متد run پیاده سازی کنیم:

✔ خب اگر ما thread خود را متولد کنیم، بعدش به مرحله اجرایی شدن برسانیمآن وظیفه ای که thread ما انجام می‌دهد اجرای دستورات درون متد run است و از آنجایی که دستور ما در درون متد runدر مثال بالا چاپ پیام "Hello Javalike " است، در محیط کنسول پیام مذکور چاپ می‌شود.

خب تا این جا چطور بود؟ امیدوارم که واضع و روشن توضیح داده باشم البته
هنوز تمام نشده!! بریم سراغ گام بعدی :-)

گام سوم:

در گام سوم نیاز داریم که Thread خود را متولد یا ایجاد کنیم!!! یا به عبارت دیگر در مرحله new قرارش دهیم.ما در اینجا از واژه تولد یا ایجاد Thread استفاده کردیم!

✔ در برنامه نویسی جاوا برای تولد یا ایجاد یک Thread باید از کلاس Thread شی ایجاد کنیم.شبیه شی سازی در حالت عادی از یک کلاس! خب Thread هم یک کلاس آماده در پکیج java.lang است.

✔ پس برای برای تولد یک Thread کافیست از کلاس Thread یک نمونه یا شی ایجاد کنیم.

هنگام شی سازی از کلاس Thread نیاز به صدا زدن سازنده آن داریم.این کلاس سازنده های گوناگونی دارد.یکی از متداول ترین سازنده های آن که ازش استفاده می‌کنیم بصورت زیر است:

 
✔ این سازنده دو پارامتر میگیرد، پارامتر اول یعنی arg0 نمونه ای (شی ) از کلاسی است که اینترفیس Runnable را implements کرده باشد.

✔ مثلا از آنجایی که کلاس Cat اینترفیس Runnable را implements کرده ،شی از نوع کلاس Cat می‌تواند جایگزین پارامتر arg0 شود.بجای arg1 نیز می‌توانید نامی به بچه Thread تازه متولد شده خود بدهید :-)

خب تغییراتی که به کد مثال کلاس Cat می‌دهیم بصورت زیر است:

یک متد main برای کلاس Cat تعریف می‌کنیم و یک شی از نوع کلاس Cat و یک شی از نوع کلاس Thread ایجاد می‌کنیم:

•  در اینجا یک شی با نام cat از کلاس Cat ایجاد کرده و درون پارامتر اول سازنده کلاس Thread قرار داده ایم. پارامتر دوم سازنده Thread را یک مقدار از نوع String که نام Thread ما را مشخص می‌کند قرار داده ایم.

•  شی thCat که از نوع کلاس Thread است، Thread تازه متولد شده ما را تشکیل می‌دهد.

گام چهارم:

همان طور که گفتیم Thread یک کلاس است که دارای ویژگی ها و متدهایی است.یکی از متدهای کلاس Thread بصورت زیر است:

✔ بعد از ایجاد یک شی از نوع کلاس Thread و متولد شدن Thread جدید، نیاز داریم که Thread مان شروع به اجرا شدن کند. برای این کار از طریق شی ساخته شده از نوع Thread متد start را صدا می‌زنیم با این کار Thread ما شروع به اجرای وظایف خود که در متد ()run برایش مشخص کرده ایم می‌کند.

✔ پس متد start باعث می‌شود دستورات درون متد run، Thread ما اجرا شود.

...ادامه این جلسه آموزشی را می‌توانید بصورت کتاب الکترونیکی (PDF شده) در لینک زیر دریافت کنید.