Apuntes sobre Hilos en Java para un Examen de 2º DAM

Estos apuntes están diseñados para ayudarte a preparar temas de programación concurrente con hilos en Java, especialmente en un entorno académico como 2º de DAM (Desarrollo de Aplicaciones Multiplataforma). Incluyen desde conceptos básicos hasta técnicas avanzadas que pueden ser evaluadas en un examen.

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1. ¿Qué es un Hilo en Java?

Un hilo (thread) es la unidad más pequeña de procesamiento que puede ejecutarse de forma concurrente dentro de un programa. Cada hilo tiene su propia secuencia de instrucciones, pero comparte memoria y recursos con otros hilos dentro del mismo proceso.

Características clave:

• Multitarea: Permiten ejecutar varias tareas de manera simultánea.
• Hilo principal: El programa comienza con un hilo llamado main.
• Estados del hilo:
  • Nuevo (New): El hilo ha sido creado, pero no ha comenzado (new Thread()).
  • Ejecutable (Runnable): El hilo está listo para ejecutarse después de llamar a start().
  • Ejecutando (Running): El hilo está ejecutándose.
  • Bloqueado/Esperando (Blocked/Waiting): El hilo está esperando por un recurso o señal.
  • Terminado (Terminated): El hilo ha finalizado.

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2. Crear y Usar Hilos en Java

2.1 Extender la clase Thread

class MiHilo extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hilo en ejecución: " + Thread.currentThread().getName());
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MiHilo hilo = new MiHilo();
        hilo.start(); // Inicia el hilo
    }
}

• Método run(): Contiene el código que ejecutará el hilo.
• Método start(): Inicia el hilo y llama a run() en un nuevo hilo de ejecución.

2.2 Implementar la interfaz Runnable

class MiTarea implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Tarea en ejecución: " + Thread.currentThread().getName());
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread hilo = new Thread(new MiTarea());
        hilo.start(); // Inicia el hilo
    }
}

• Usar Runnable es preferible si la clase debe heredar de otra, ya que Java no permite herencia múltiple.

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3. Sincronización de Hilos

Cuando varios hilos acceden a un recurso compartido, puede haber problemas como condiciones de carrera. Para evitarlas, usamos sincronización.

3.1 Bloques Síncronos con synchronized

class Contador {
    private int contador = 0;

    public synchronized void incrementar() {
        contador++;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - Contador: " + contador);
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Contador contador = new Contador();

        Runnable tarea = contador::incrementar;

        Thread hilo1 = new Thread(tarea, "Hilo-1");
        Thread hilo2 = new Thread(tarea, "Hilo-2");

        hilo1.start();
        hilo2.start();
    }
}

3.2 Métodos wait() y notify()

Se utilizan para coordinar hilos que comparten un recurso. Solo pueden ser llamados dentro de bloques sincronizados.

Ejemplo: Productor-Consumidor

class Almacen {
    private int producto = -1;
    private boolean disponible = false;

    public synchronized void producir(int valor) throws InterruptedException {
        while (disponible) {
            wait(); // Espera si ya hay un producto
        }
        producto = valor;
        disponible = true;
        System.out.println("Producido: " + producto);
        notify(); // Notifica al consumidor
    }

    public synchronized int consumir() throws InterruptedException {
        while (!disponible) {
            wait(); // Espera si no hay producto disponible
        }
        disponible = false;
        System.out.println("Consumido: " + producto);
        notify(); // Notifica al productor
        return producto;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Almacen almacen = new Almacen();

        Thread productor = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                    almacen.producir(i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        });

        Thread consumidor = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                    almacen.consumir();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        });

        productor.start();
        consumidor.start();
    }
}

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4. Gestión de Hilos con ExecutorService

En lugar de gestionar manualmente los hilos, puedes usar ExecutorService para trabajar con grupos de hilos.

Ejemplo: Pool de Hilos

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService ejecutor = Executors.newFixedThreadPool(3); // Pool de 3 hilos

        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            final int tarea = i;
            ejecutor.execute(() -> {
                System.out.println("Ejecutando tarea " + tarea + " en " + Thread.currentThread().getName());
            });
        }

        ejecutor.shutdown(); // Cierra el pool de hilos
    }
}

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5. Errores Comunes al Trabajar con Hilos

1. No usar start() para iniciar un hilo:
   • Usar run() directamente ejecuta el código en el hilo principal.
2. Problemas de sincronización:
   • No sincronizar recursos compartidos puede causar condiciones de carrera.
3. Bloqueos (Deadlocks):
   • Ocurren cuando dos hilos esperan indefinidamente por recursos que el otro posee.
4. No manejar interrupciones:
   • Siempre usa Thread.currentThread().interrupt() para manejar correctamente hilos interrumpidos.

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6. Resumen y Puntos Clave para un Examen

• Estados del hilo: Asegúrate de conocer el ciclo de vida completo de un hilo.
• Crear hilos:
  • Extender Thread.
  • Implementar Runnable.
• Sincronización:
  • synchronized para evitar conflictos.
  • wait() y notify() para coordinar hilos.
• Herramientas avanzadas:
  • ExecutorService para gestionar grupos de hilos.

Con estos apuntes, deberías estar preparado para resolver cualquier problema sobre hilos en un examen de 2º DAM. ¡Buena suerte!