Regiones Criticas Y Rcc

Regiones Críticas y Regiones Críticas Condicionales (RCC)

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Las Regiones Críticas (RC) son un mecanismo de sincronización que garantiza que solo un hilo o proceso pueda acceder a una sección de código donde se manipulan variables compartidas en un momento dado.
Fueron propuestas por Per Brinch Hansen como una forma estructurada de conseguir exclusión mutua.

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1. Concepto de Región Crítica

Una Región Crítica está asociada a una o más variables compartidas.
Cuando un proceso/hilo entra en la RC:

• Se asegura exclusión mutua: solo un hilo a la vez puede acceder a la variable protegida.
• Se garantiza que la entrada en la RC se produzca en un tiempo finito (sin espera infinita injustificada).
• Varias RC pueden ejecutarse en paralelo si protegen variables diferentes.

Ejemplo en Concurrent Pascal:

VAR v: SHARED INTEGER;
 
PROCEDURE P1;
BEGIN
    ...
    REGION v DO
        v := v + 2;
    ...
END;

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2. Propiedades de una RC

1. Exclusión mutua: solo un hilo accede a la variable compartida en cada momento.

2. Progreso: si ningún hilo está en la RC, uno que quiera entrar lo hará en un tiempo finito.

3. Tiempo limitado en la RC: ningún hilo permanece indefinidamente en la región.

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3. Regiones Críticas en Java

En Java, las RC se implementan con el bloqueo implícito que proporciona la palabra clave synchronized.

Ejemplo 1 – Bloque sincronizado

public class VarComp {
    private int v = 0;
 
    public void incrementar(int i) {
        synchronized (this) {
            v = v + i;
        }
    }
}

Ejemplo 2 – Método sincronizado

public class VarComp {
    private int v = 0;
 
    public synchronized void incrementar(int i) {
        v = v + i;
    }
}

En ambos casos:

• El objeto sobre el que se sincroniza actúa como monitor implícito.

• Todos los métodos/bloques synchronized que usan el mismo monitor forman una única RC.

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4. Limitación: Espera Activa

Si se utilizan RC para sincronización por condiciones (ej. esperar que un buffer no esté vacío):

• El hilo podría entrar en un bucle de espera activa comprobando la condición continuamente.

• Esto consume CPU innecesariamente.

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5. Regiones Críticas Condicionales (RCC)

Una Región Crítica Condicional es una extensión de la RC que permite a un hilo:

1. Entrar en la RC.

2. Comprobar una condición.

3. Si no se cumple, salir temporalmente y esperar.

4. Volver a entrar cuando otro hilo haya modificado la condición.

Ventajas

• Evitan espera activa.

• El hilo solo se despierta cuando hay una señal relevante.

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6. Funcionamiento de las RCC

• Dentro de la RCC, se usa una operación de espera condicional (AWAIT) para liberar la RC y bloquear el hilo hasta que la condición cambie.

• Cuando otro hilo modifica la condición, realiza una señal para despertar a los hilos bloqueados.

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7. Implementación en Java

Java no tiene una implementación directa de RCC, pero se puede lograr usando:

• wait() → libera el monitor y bloquea el hilo.

• notify() → despierta a un hilo en espera.

• notifyAll() → despierta a todos los hilos en espera.

Ejemplo – Buffer productor/consumidor con RCC

public class Buffer {
    private Object[] buf;
    private int in = 0, out = 0, numElem = 0, maximo;
 
    public Buffer(int max) {
        this.maximo = max;
        buf = new Object[max];
    }
 
    public synchronized void insertar(Object obj) throws InterruptedException {
        while (numElem == maximo) {
            wait(); // Espera condicional
        }
        buf[in] = obj;
        numElem++;
        in = (in + 1) % maximo;
        notifyAll(); // Señal para consumidores
    }
 
    public synchronized Object extraer() throws InterruptedException {
        while (numElem == 0) {
            wait(); // Espera condicional
        }
        Object obj = buf[out];
        buf[out] = null;
        numElem--;
        out = (out + 1) % maximo;
        notifyAll(); // Señal para productores
        return obj;
    }
}

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8. Diferencia RC vs RCC

Característica	RC	RCC
Exclusión mutua
Espera activa	Sí (si no se usa condición)	No (usa wait)
Despertar hilos	No aplica	Sí (notify / notifyAll)
Sincronización condicional	No	Sí

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9. Resumen

• RC: Garantiza exclusión mutua en acceso a datos compartidos.

• RCC: Añade sincronización condicional y evita espera activa.

• En Java, ambas se implementan con synchronized, pero las RCC requieren además wait y notify.

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