-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 2
Expand file tree
/
Copy pathlecture-09.html
More file actions
1284 lines (1201 loc) · 51.3 KB
/
lecture-09.html
File metadata and controls
1284 lines (1201 loc) · 51.3 KB
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
822
823
824
825
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
839
840
841
842
843
844
845
846
847
848
849
850
851
852
853
854
855
856
857
858
859
860
861
862
863
864
865
866
867
868
869
870
871
872
873
874
875
876
877
878
879
880
881
882
883
884
885
886
887
888
889
890
891
892
893
894
895
896
897
898
899
900
901
902
903
904
905
906
907
908
909
910
911
912
913
914
915
916
917
918
919
920
921
922
923
924
925
926
927
928
929
930
931
932
933
934
935
936
937
938
939
940
941
942
943
944
945
946
947
948
949
950
951
952
953
954
955
956
957
958
959
960
961
962
963
964
965
966
967
968
969
970
971
972
973
974
975
976
977
978
979
980
981
982
983
984
985
986
987
988
989
990
991
992
993
994
995
996
997
998
999
1000
<!doctype html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="utf-8">
<title>Многопоточность и JAVA</title>
<meta name="description" content="Многопоточность и JAVA">
<meta name="author" content="NAUMEN, Павел Зыков">
<meta name="apple-mobile-web-app-capable" content="yes" />
<meta name="apple-mobile-web-app-status-bar-style" content="black-translucent" />
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, user-scalable=no, minimal-ui">
<link rel="stylesheet" href="css/reveal.css">
<link rel="stylesheet" href="css/theme/white.css" id="theme">
<link rel="stylesheet" href="css/hljs/vs.css" id="highlight-theme">
<!-- Printing and PDF exports -->
<script>
var link = document.createElement( 'link' );
link.rel = 'stylesheet';
link.type = 'text/css';
link.href = window.location.search.match( /print-pdf/gi ) ? 'css/print/pdf.css' : 'css/print/paper.css';
document.getElementsByTagName( 'head' )[0].appendChild( link );
</script>
<!--[if lt IE 9]>
<script src="lib/js/html5shiv.js"></script>
<![endif]-->
<style>
.reveal .slide-number {
font-size:22pt;
color:black;
}
.reveal pre {
background: none;
border: none;
box-shadow: none;
}
.reveal pre code{
color: black;
background: none;
box-shadow: none;
max-height: none;
overflow: hidden;
}
.reveal pre code.small{
font-size: 8pt;
line-height:normal;
}
.reveal pre code.medium{
font-size: 10pt;
line-height:normal;
}
.reveal section img {
border: none;
box-shadow: none;
max-width:70%
}
.reveal .footer {
font-size:22pt;
color:black;
text-align: center;
position: absolute;
width:100%;
bottom: 0.5em;
}
.reveal .cartoon{
position: absolute;
right: 0;
bottom:0;
}
.reveal .rubber_stamp {
font-family: 'Vollkorn', serif;
font-size: 39px;
line-height: 45px;
text-transform: uppercase;
font-weight: bold;
color: red;
border: 7px solid red;
float: left;
padding: 10px 7px;
border-radius: 10px;
opacity: 0.8;
-webkit-transform: rotate(-10deg);
-o-transform: rotate(-10deg);
-moz-transform: rotate(-10deg);
-ms-transform: rotate(-10deg);
position:absolute;
bottom:20%;
right:1%;
}
.reveal .rubber_stamp::after {
position: absolute;
content: " ";
width: 100%;
height: auto;
min-height: 100%;
top: -10px;
left: -10px;
padding: 10px;
background: url(img/noise.png) repeat;
}
.reveal .nau{
color: orangered;
font-weight: bold;
font-family: 'Franklin Gothic Medium', 'Arial Narrow', Arial, sans-serif;
}
</style>
</head>
<body>
<div class="reveal">
<div class="footer">
<span class="nau">NAUMEN</span> Павел Зыков
</div>
<!-- Any section element inside of this container is displayed as a slide -->
<div class="slides">
<section>
<h1>Многопоточность</h1>
<h2>и</h2>
<h1>JAVA</h1>
</section>
<section>
<h2>Что такое процесс?</h2>
<p><b>Процесс</b> — экземпляр программы во время выполнения, независимый объект, которому выделены системные ресурсы (например, процессорное время и память). Каждый процесс выполняется в отдельном адресном пространстве: один процесс не может получить доступ к переменным и структурам данных другого. Если процесс хочет получить доступ к чужим ресурсам, необходимо использовать межпроцессное взаимодействие.</p>
</section>
<section>
<h2>Что такое поток?</h2>
<p><b>Поток</b> использует то же самое пространства стека, что и процесс, а множество потоков совместно используют данные своих состояний. Каждый поток может работать (читать и писать) с одной и той же областью памяти, в отличие от процессов, которые не могут просто так получить доступ к памяти другого процесса. У каждого потока есть собственные регистры и собственный стек, но другие потоки могут их использовать.</p>
<p></p>
</section>
<section>
<h2>Процессы и потоки</h2>
<img src="img/processes_and_threads.png">
</section>
<section>
<h2>Как представлен поток в JAVA?</h2>
<ul>
<li><b>Поток</b> — объект у класса которого есть методы run() и start()</li>
<li>После вызова метода start(), <i>через какое-то время</i> будет вызван run()</li>
<li>Метод run() будет выполнен в своем стеке.</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Роль операционной системы</h2>
<img src="img/processes_and_threads.png">
</section>
<section>
<h2>Роль операционной системы</h2>
<ul>
<li>Создает потоки</li>
<li>Переключает потоки</li>
<li>API для уведомления потока</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Запуск потоков</h2>
<img src="img/threads_timeline.png">
</section>
<section>
<h2>Порядок не определен!</h2>
<img src="img/threads_timeline2.png">
</section>
<section>
<h2>Java Concurrency</h2>
<p>В Java есть два пути разрабоки многопоточных приложений:</p>
<ul>
<li>Сделать всё руками: Thread, Runable, wait/notify, synchronized</li>
<li>Использовать высокоуровневое API: java.utils.concurrent</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Как создать поток?</h2>
<p>Реализовать интерфейс Runnable</p>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
// Создание потока
Thread t = new Thread(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("Hello world!");
}
});
// Запуск потока
t.start();
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Как создать поток?</h2>
<p>Наследовать класс Thread</p>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
// Создание потока
Thread t = new Thread() {
public void run() {
System.out.println("Hello world!");
}
};
// Запуск потока
t.start();
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Thread vs Runnable</h2>
<ul>
<p><b>Runnable</b></p>
<ul>
<li>Можно наследовать класс отличный от Thread</li>
<li>Нужно передавать в конструктор Thread</li>
</ul>
<p><b>Thread</b></p>
<ul>
<li>Содержит методы упраления потоком</li>
</ul>
<p><b>Thread thread = Thread.currentThread()</b></p>
<ul>
<li>Объект текущего потока можно получить из любого места кода</li>
</ul>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Класс Thread</h2>
<p>Некоторые методы:</p>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
long getId()
String getName()
void setName(String name)
int getPriority()
void setPriority(int priority)
static void sleep(long ms)
void interrupt()
static boolean interrupted()
void join()
static void yield()
</code></pre>
<div class="cartoon fragment"><img src="img/threads_and_kitten.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>Прерывания</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
thread.interrupt(); //прервать поток thread
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Прерывания</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
try{
Thread.sleep(5000);
}
catch(InterruptedException e){ //нас прервали
return;
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Прерывания</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
for(int i = 0; i< inputs[i];i++){
heavyTask(inputs[i]);
if(Thread.interrupted()){ //нас прервали
return;
}
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Состояния потоков</h2>
<img src="img/thread_states.png"/>
</section>
<section>
<h2>Классические задачи многопоточного программирования</h2>
<div class="cartoon"><img src="img/problem.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>Задача доступа к общему ресурсу</h2>
<div class="cartoon"><img src="img/problem.png"/></div>
<ul>
<li>Несколько потоков обращаются к общему ресурсу</li>
</ul>
<img src="img/shared_resource.png"/>
</section>
<section>
<h2>Счетчик</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class UnsafeCounter implements Counter{
private int counter = 0;
@Override
public int get(){
return counter;
}
@Override
public void increment(){
counter++;
}
@Override
public void reset(){
counter = 0;
}
}
</code></pre>
</section>
<section>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java small">
public class ExperimentRunner{
private int threadsNumber;
private int experimentsNumber;
private int repeatsNumber;
public ExperimentRunner(int threadsNumber, int experimentsNumber, int repeatsNumber){
this.threadsNumber = threadsNumber;
this.experimentsNumber = experimentsNumber;
this.repeatsNumber = repeatsNumber;
}
public void runExperiments(Counter counter){
long totalTime = 0;
System.out.format("Counter '%s':\n", counter.getClass().getName());
for (int i = 0; i < experimentsNumber; i++){
long startTime = System.currentTimeMillis();
runExperiment(counter);
long elapsed = (System.currentTimeMillis() - startTime);
totalTime += elapsed;
System.out.format(" Experiment [%d/%d]:\tvalue = %d time = %d ms\n", i + 1, experimentsNumber,
counter.get(), elapsed);
counter.reset();
}
System.out.format(" Average time:\t%d ms\n", totalTime / experimentsNumber);
}
private void runExperiment(Counter counter){
Runnable experiment = () -> {
for (int i = 0; i < (repeatsNumber / threadsNumber); i++){
counter.increment();
}
};
List<Thread> threads = Stream.generate(() -> new Thread(experiment)).limit(threadsNumber)
.collect(Collectors.toList());
threads.forEach(t -> t.start());
threads.forEach(t -> {
try{
t.join();
}
catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
});
}
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Запуск эксперимента</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
private void runExperiment(Counter counter){
Runnable experiment = () -> {
for (int i = 0; i < (repeatsNumber / threadsNumber); i++){
counter.increment();
}
};
List<Thread> threads = Stream.generate(() -> new Thread(experiment))
.limit(threadsNumber).collect(Collectors.toList());
threads.forEach(t -> t.start());
threads.forEach(t -> {
try{
t.join();
}
catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
});
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Счетчик</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public static void main(String[] args)
{
Counter counter = new UnsafeCounter();
ExperimentRunner runner = new ExperimentRunner(4, 5, 100_000_000);
runner.runExperiments(counter));
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Счетчик</h2>
<pre>
Counter 'ru.naumen.counter.impls.UnsafeCounter':
Experiment [1/5]: value = 74618414 time = 25 ms
Experiment [2/5]: value = 66158308 time = 3 ms
Experiment [3/5]: value = 54063137 time = 3 ms
Experiment [4/5]: value = 76346929 time = 4 ms
Experiment [5/5]: value = 44644001 time = 4 ms
Average time: 7 ms
</pre>
<p>Быстро, но неправильно.</p>
<div class="cartoon"><img src="img/boo.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>Инкремент не атомарен</h2>
<img src="img/concurrent_increment.png"/>
</section>
<section>
<h2>Базовые термины</h2>
<ul>
<li>Critical Section</li>
<li>Semaphore</li>
<li>Mutex</li>
<li>Monitor</li>
<li>Lock</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Critical Section</h2>
<p>Участок исполняемого кода программы, в котором производится доступ к общему ресурсу (данным или устройству), который не должен быть одновременно использован более чем одним потоком исполнения</p>
</section>
<section>
<h2>Semaphore</h2>
<p>Объект, ограничивающий количество потоков, которые могут войти в заданный участок кода. (Э. Дейкстра)</p>
<p>Возможные операции над семафором:</p>
<pre>
init(n): //Инициализация семафора (задать начальное значение счётчика)
счётчик := n
enter()://Захват семафора (ждать пока счётчик станет больше 0, после этого уменьшить счётчик на единицу)
счётчик := счётчик - 1
leave()://Освобождение семафора (увеличить счётчик на единицу)
счётчик := счётчик + 1
</pre>
</section>
<section>
<h2>Mutex</h2>
<p>это простейшие двоичные семафоры, которые могут находиться в одном из двух состояний — отмеченном или неотмеченном.</p>
</section>
<section>
<h2>Monitor</h2>
<p>Высокоуровневая кострукция, которая состоит из mutex-а и массива ожидающих очереди потоков.</p>
<p>У монитора должен быть механизм остановки потока и сигнализации о доступности продолжения работы.</p>
</section>
<section>
<h2>Lock</h2>
<p>Это механизм синхронизации, позволяющий обеспечить исключительный доступ к разделяемому ресурсу между несколькими потоками</p>
<p><b>Мягкая блокировка</b> — каждый поток пытается получить блокировку перед доступом к соответсвующему разделяемому ресурсу.</p>
<p><b>Обязательная блокировка</b> — попытка несанкционированного доступа к заблокированному ресурсу будет прервана, через создание исключения.</p>
</section>
<section>
<h2>Ключевое слово synchronized</h2>
<p>Синхронизация методов на текущем объекте</p>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class SynchronizedCounter implements Counter{
private int counter = 0;
@Override
public synchronized int get(){
return counter;
}
@Override
public synchronized void increment(){
counter++;
}
@Override
public synchronized void reset(){
counter = 0;
}
}
</code></pre>
<div class="rubber_stamp fragment">AVG. TIME = 6076 ms</div>
</section>
<section>
<h2>Ключевое слово synchronized</h2>
<p>Синхронизация блока на произвольном объекте</p>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
Object lock = new Object();
synchronized(lock){
//do something
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Ключевое слово synchronized</h2>
<p>Синхронизация статического метода</p>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class TestStaticSync{
public static synchronized void doSomething(){
//do something
}
}
</code></pre>
<p>Синхронизация происходит на объекте TestStaticSync.class</p>
</section>
<section>
<h2>Singleton</h2>
<ul>
<li>Потокобезопасный
<ul>
<li>Все получат один и тот же синглетон</li>
<li>Корректно проиницилизирован</li>
</ul>
</li>
<li>Ленивый</li>
<li>Эффективный</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Synchronized Accessor</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class Singleton{
private static Singleton instance;
public static synchronized Singleton getInstance(){
if (instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
</code></pre>
<div class="cartoon fragment"><img src="img/boo.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>Double Checked Locking</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class Singleton {
private static Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
Singleton localInstance = instance;
if (localInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
localInstance = instance;
if (localInstance == null) {
instance = localInstance = new Singleton();
}
}
}
return localInstance;
}
}
</code></pre>
<div class="cartoon fragment"><img src="img/boo.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>volatile</h2>
<ul>
<li>Потоки могут кешировать переменные</li>
<li>Значения в кешах разных потоков могут не совпадать</li>
</ul>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
volatile int i = 0; // означает, то что переменную i
//нужно всегда брать из общей памяти
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Double Checked Locking & volatile</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
Singleton localInstance = instance;
if (localInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
localInstance = instance;
if (localInstance == null) {
instance = localInstance = new Singleton();
}
}
}
return localInstance;
}
}
</code></pre>
<div class="cartoon fragment"><img src="img/thumbs_up.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>Очередь заданий</h2>
<img src="img/producer-consumer-model.png"/>
<div class="cartoon"><img src="img/problem.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>wait()/notify()/notifyAll()</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class JobQueue{
List<Runnable> jobs = new ArrayList<>();
public synchronized void put(Runnable job){
jobs.add(job);
this.notifyAll();
}
public synchronized Runnable getJob(){
while (jobs.size()==0){
this.wait();
}
return jobs.remove(0);
}
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>interface Lock</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java medium">
Lock l = ...;
l.lock();
try
{
//действия над ресурсом, защищенным данной блокировкой
}
finally
{
l.unlock() //гарантия того, что блокировка будет отпущена
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>interface Lock</h2>
<ul>
<p>Широко используются две основные реализации Lock:</p>
<li>ReentrantLock</li>
<li>ReadWriteLock - имеет разные механизмы блокировки на чтение и запись, позволяя уменьшить накладные расходы</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>ReentrantLock</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class ReentrantLockCounter implements Counter{
ReentrantLock lock;
private int counter = 0;
public ReentrantLockCounter(boolean fair){
lock = new ReentrantLock(fair);
}
...
@Override
public void increment(){
lock.lock();
try{
counter++;
}
finally{
lock.unlock();
}
}
...
}
</code></pre>
<div class="rubber_stamp fragment">AVG. TIME = 3654 ms</div>
</section>
<section>
<h2>interface Condition</h2>
<ul>
<li>Методы:</li>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
void await() throws InterruptedException;
void signal();
void signalAll();
</code></pre>
</ul>
</section>
<section>
<h2>interface Condition</h2>
<ul>
<li>Создание:</li>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition blockingPoolA = lock.newCondition();
Condition blockingPoolB = lock.newCondition();
Condition blockingPoolC = lock.newCondition();
</code></pre>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Condition: применение</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class JobQueueWithLock{
List<Runnable> jobs = new ArrayList<>();
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition cond = lock.newCondition();
public void put(Runnable job){
lock.lock();
try {
jobs.add(job);
cond.signalAll();
}
finally {lock.unlock();}
}
public Runnable getJob(){
lock.lock();
try{
while (jobs.size() == 0)
cond.await();
return jobs.remove(0);
}
finally{
lock.unlock();
}
}
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Задача о читателях и писателях</h2>
<ul>
<li>Читать могут много потоков одновременно</li>
<li>Писать может только один поток</li>
<li>Читать во время записи нельзя</li>
</ul>
<img src="img/readers_and_writers.png"/>
<div class="cartoon"><img src="img/problem.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>ReentrantReadWriteLock</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class RWLockCounter implements Counter{
ReentrantReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();
private int counter = 0;
public RWLockCounter(boolean fair){
lock = new ReentrantReadWriteLock(fair);
}
...
@Override
public void increment(){
lock.writeLock().lock();
counter++;
lock.writeLock().unlock();
}
...
}
</code></pre>
<div class="rubber_stamp fragment">AVG. TIME = 3544 ms</div>
</section>
<section>
<h2>StampedLock</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class StampedLockCounter implements Counter
{
StampedLock lock;
private int counter = 0;
public StampedLockCounter()
{
lock = new StampedLock();
}
...
@Override
public void increment()
{
long stamp = lock.writeLock();
counter++;
lock.unlockWrite(stamp);
}
...
}
</code></pre>
<div class="rubber_stamp fragment">AVG. TIME = 3164 ms</div>
</section>
<section>
<h2>Атомарные операции</h2>
<p>Атомарные операции выполняются целиком, их выполнение не может быть прервано планировщиком потоков.</p>
<p>Аппаратная поддержка — compare-and-swap</p>
</section>
<section>
<h2>Атомарные операции</h2>
<p>Классы для выполнения атомарных операций находятся в java.util.concurrent.atomic:</p>
<ul>
<li>AtomicInteger</li>
<li>AtomicLong</li>
<li>AtomicDouble</li>
<li>AtomicReference</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>CAS</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class SimulatedCAS
{
private int value;
public synchronized int getValue() { return value; }
public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue)
{
int oldValue = value;
if (value == expectedValue)
{
value = newValue;
}
return oldValue;
}
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>AtomicInteger</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class AtomicCounter implements Counter
{
private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
@Override
public int get()
{
return counter.intValue();
}
@Override
public void increment()
{
counter.incrementAndGet();
}
@Override
public void reset()
{
counter.set(0);
}
}
</code></pre>
<div class="rubber_stamp fragment">AVG. TIME = 1701 ms</div>
</section>
<section>
<h2>Производительность</h2>
<table>
<thead>
<tr>
<td>Метод синхронизации</td>
<td>Среднее время выполнения (мс)</td>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>AtomicInteger</td>
<td>1701</td>
</tr>
<tr>
<td>StampedLock</td>
<td>3164</td>
</tr>
<tr>
<td>ReentrantReadWriteLock</td>
<td>3544</td>
</tr>
<tr>
<td>ReentrantLock</td>
<td>3654</td>
</tr>
<tr>
<td>synchronized</td>
<td>6076</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</section>
<section>
<h2>ThreadLocal</h2>
<ul>
<li>Позволяет хранить данные изолированно от других потоков</li>
</ul>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
public class ShoppingCard{
ThreadLocal<ArrayList<Item>> myThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(ArrayList::new);
public void add(Item item){
myThreadLocal.get().add(item);
}
public String getReceipt(){
StringBuilder sb = new StringBuilder();
myThreadLocal.get().forEach(item -> sb.append(String.format("%s - %d$\n", item.getName(), item.getPrice())));
return sb.toString();
}
public void remove(Item item){
myThreadLocal.get().add(item);
}
}
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>ThreadLocal</h2>
<pre style="width:auto;"><code data-trim class="java">
ShoppingCard shoppingCard = new ShoppingCard();
Thread customer1 = new Thread(() -> {
shoppingCard.add(new Item("Banana", 1));
shoppingCard.add(new Item("Beer", 5));
System.out.format("Receipt for customer1 :\n%s\n", shoppingCard.getReceipt());
});
Thread customer2 = new Thread(() -> {
shoppingCard.add(new Item("Cola", 2));
shoppingCard.add(new Item("Bread", 1));
System.out.format("Receipt for customer2 :\n%s\n", shoppingCard.getReceipt());
});
customer1.start();
customer2.start();
customer1.join();
customer2.join();
</code></pre>
</section>
<section>
<h2>Потокобезопасные структуры данных</h2>
<ul>
<li>CopyOnWriteArrayList</li>
<li>CopyOnWriteArraySet</li>
<li>ConcurrentHashMap</li>
<li>ConcurrentLinkedDeque</li>
<li>ConcurrentLinkedQueue</li>
<li>ConcurrentSkipListMap</li>
<li>ConcurrentSkipListSet</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Copy-on-write</h2>
<ul>
<li>CopyOnWriteArrayList и CopyOnWriteArraySet основаны на массиве, копируемом при операции записи</li>
<li>Хороши когда 90% записи</li>
<li>При частой записи большая коллекция может убить производительность</li>
<li>Сортировки нет</li>
<li>Итераторы не поддерживают операций модификации</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Производитель-потребитель</h2>
<ul>
<li>Один поток производит данные, второй их потребляет</li>
<li>Несколько потоков производят данные и несколько их потребляют</li>
<li>Данные могут храниться в очереди (не)ограниченного объема</li>
</ul>
<img src="img/producer_consumer.png"/>
<div class="cartoon"><img src="img/problem.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>Задания-работники</h2>
<ul>
<li>Поток-клиент ждет выполнения задания потоком-сервером</li>
</ul>
<img src="img/task_and_workers.png"/>
<div class="cartoon"><img src="img/problem.png"/></div>
</section>
<section>
<h2>Блокирующие очереди</h2>
<ul>
<li>ArrayBlockingQueue</li>
<li>LinkedBlockingDeque</li>
<li>LinkedBlockingQueue</li>
<li>PriorityBlockingQueue</li>
<li>DelayQueue элементы с задержкой</li>
<li>LinkedTransferQueue универсальная очередь</li>
<li>SynchronousQueue ёмкость 0</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>Пул потоков</h2>
<ul>
<li>Переиспользование потоков</li>
<li>Ограниченное число потоков</li>
<li>Очередь заданий</li>
</ul>
</section>
<section>
<h2>ExecutorService Framework</h2>
<p><b>Цель применения:</b> отделить работу, выполняемую внутри потока, от логики создания потоков.</p>