Многопоточность в Java

_readme.md

Многопоточность в Java

Данный гист содержит основную информацию, которую нужно знать о Java Standart Edition.

Содержание:

• Понятия многопоточности
• Java инструменты многопоточности
• Thread объект

_sources.md

Источники

1. https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/Thread.html#yield()
2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%81
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%80_(%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F)
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Happened-before
5. https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/index.html
6. https://www.amazon.com/Java-Concurrency-Practice-Brian-Goetz/dp/0321349601/192-1511873-1398145?ie=UTF8&*Version*=1&*entries*=0
7. https://habrahabr.ru/company/golovachcourses/blog/256883/
8. http://ru.stackoverflow.com/questions/1271/%D0%9A%D0%BB%D1%8E%D1%87%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B5-%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%BE-volatile-%D0%B2-java
9. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

concurrency-concepts.md

Понятия многопоточности

1. Monitor - высокоуровневый механизм взаимодействия и синхронизации процессов, обеспечивающий доступ к неразделяемым ресурсам.

   • При многозадачности, основанной на мониторах, компилятор или интерпретатор прозрачно для программиста вставляет код блокировки-разблокировки в оформленные соответствующим образом процедуры, избавляя программиста от явного обращения к примитивам синхронизации.

2. Semaphore - семафор, самый простой тип блокировки, ограничивает количество потоков, которые могут войти в заданный участок кода.

   • Семафоры используются для синхронизации и защиты передачи данных через разделяемую память, а также для синхронизации работы процессов и потоков.

3. Mutex - двоичный простейший семафор, который может находиться в одном из двух состояний: отмеченном или неотмеченном. Он отличается от семафора тем, что только владеющий им поток может его освободить, т.е. перевести в отмеченное состояние.

   • Задача мьютекса — защита объекта от доступа к нему других потоков, отличных от того, который завладел мьютексом.
   • В каждый конкретный момент только один поток может владеть объектом, защищённым мьютексом.
   • Если другому потоку будет нужен доступ к переменной, защищённой мьютексом, то этот поток блокируется до тех пор, пока мьютекс не будет освобождён.

4. Reentrant mutex - мьютекс, который может быть залочен несколько раз одиним и тем же процессом/потоком без создания взаимной блокировки.

5. Lock - блокировка, механизм синхронизации, позволяющий обеспечить исключительный достп к разделяемому ресурсу между несколькими потоками.

   • Мягкая блокировка - каждый поток пытается получить блокировку перед доступом к соответствующему разделямому ресурсу.
   • Обязательная блокировка - попытка несанкционированного доступа к заблокированному ресурсу будет прервана, через создание исключения в потоке, который пытался получить доступ.

6. Spinlock - тип блокировки, который заставляет поток в бесконечном цикле пытаться получить доступ к блокировке.

   • Так как поток остается активным но не выполянет полезной работы, то использование данной блокировки не эффективно.

7. Deadlock - взаимное исключение, блокировка, при которой несколько процессов находятся в состоянии бесконечного ожидания ресурсов, занятых самими этими процессами.

8. Livelock - взаимное исключение, блокировка, при которой несколько процессов находятся в состоянии бесконечного зацикливания и не производят полезной работы.

9. Process - процесс обладает автономной средой выполнения.

   • Каждый процесс, в частности, имеет собственную область памяти.
   • Процесс обычно воспринимается, как синоним выполнению программы или приложения. Однако бывает, что одна приложения занимает несколько процессов.
   • Большинство реализаций JVM запускаются в едином процессе.
   • Java приложение может создать дополнительный процесс с помощью ProcessBuilder объекта.

10. Thread - потоки иногда называют легковесными процессами (lightweight processes). Потоки существуют внутри процесса - каждый процесс обладает хотя бы одним потоком.

    • Потоки делят ресурсы процесса, включая память и открытые файлы.
    • Приложение может быть как однопоточным, так и многопоточным, но всегда существует единственный "главный" поток, с которого запускается приложение.

11. Interrupt - прерывание является указанием потоку остановить выпонение.

12. Join - позволяет одному потоку ждать окончание выполнения другого потока.

13. Thread safe - участок кода, который работает корректно как в однопоточной, так и в многопоточной среде.

    • Not thread safe - участок кода, который работает корректо только в однопоточной среде.

14. Thread affinity - при старте потока, можно указать в рантайм среде, чтобы поток был привязан к определенному ядру.

15. EDT (Event Dispatching Thread) - специальный поток, используемый для обработки событий из очереди событий. Такой подход является концептом событийно-ориентированного программирования.

    • Такие GUI фреймворки, как, например, AWT или Swing, используют EDT.

16. Race condition - ошибка проектирования многопоточной системы или приложения, при которой работа системы или приложения зависит от того, в каком порядке выполняются части кода.

17. Context switches - когда планировщик временно приостанавливает работу потока, чтобы активировать другой поток.

    • Частое явление в приложениях с кучей потоков, что очень дорого им обходится из-за:
    • Сохранение и восстановление выполняемого контекста
    • Непостоянное местоположение в памяти
    • Затрачивание CPU на планирование потоков, которое нужно тратить на их использование.

18. Atomic action (Атомарная операция) - операция, выполняющаяся как единое целое, либо не выполняющаяся вовсе.

    • Атомарная операция не может быть прервана: она либо выполняется полностьбю, либо не выполняется вовсе.
    • Атомарная операция не производит изменений внешней среды во время выполнения, только по окончании.
    • Атомарная операция открыта влиянию только одного потока.

19. Happened-before relationship - отношение "выполняется прежде" двух событий, которое гарантирует, что память, записанная событием A будет видна для события B, т.е. событие А завершает свою запись перед тем, как B начнет чтение.

    • Данное отношение транзитивно, иррефлексивно, антисимметрично.
    • Транзитивно - для любых 3-х событий a, b, c, если событие a происходит перед b, и b происходит перед c, тогда a должно происходить перед c.
    • Иррефлексивно - ни одно событие не должно происходить перед собой.
    • Антисимметрично - если событие a должно произойти перед событием b, то обратное невозможно.

20. Critical section - участок кода, в котором производится доступ к общему ресурсу, который не должен быть одновременно использован более чем одним потоком.

    • Мьютекс является процедурой входа/выхода из критической секции.

concurrency-thread-object.md

Thread объект

1. sleep() - заставляет поток остановить свое выполнение на указанное время. При этом поток не теряет контроль над монитором.

2. start() - запускает данный поток из текущего потока.

   • Этот метод вызывает run() метод этого же потока.

3. run() - наследники Thread должны перегружать данный метод. Он вызывается при старте потока.

4. interrupt() - прерывает выпонение потока.

   • InterruptedException - данный поток получит это исключение, если произошло успешное прерывание потока.
   • ClosedByInterruptException - если данный поток был заблокирован I/O операцией, то поток получит это исключение по окончанию прерывания.

5. setPriority() - изменяет приоритет данного потока.

   • Минимальный приоритет - 1, максимальный - 10.

6. join() - заставляет поток ждать не более чем указанное время, чтобы завершиться.

   • Реализация данного метода использует цикл с вызовом wait(), который вызывается пока isAlive. После завершения потока вызывается notifyAll() метод.
   • Он создан для того, чтобы приложения не использовали методы wait(),notify,notifyAll методы из Thread сущностей, так как это не рекомендованно.
   • Если не указывать время или указать 0, то поток будет ждать вечно чтобы умереть... пичаль.

7. setDaemon() - отмечает данный поток как поток-демон или пользовательский поток.

   • JVM отрубается если все запущенный потоки являются демонами.
   • Этот метод должен выполняться перед стартом потока.

8. yield() - указывает планировщику, что текущий поток закончил свое выполнение и готов перейти в пользование процессора. Планировщик однаком может игнорировать это указание.

   • Использование данного метода редко является уместным. Он может использоваться для дебага или тестирования.

java-concurrency-tools.md

Java инструменты многопоточности

1. JMM (Java Memory Model) - описывает поведение потоков в среде исполнения Java.

   • Однопоточные программы выолняются псевдопоследовательно, то есть в реальности процессор может выполнять несколько операций за такт, заодно изменив их порядок, однако все зависимости по данным остаются, так что поведение не отличается от последовательного.

2. java.lang.Thread - каждый поток ассоциируется с объектом этого класса.

   • Thread.sleep() отдает команду текущему потоку приостановить выполнение на указанное время.
   • Thread.interrupted() возвращает true, если выполнение потока было прервано.
   • thread.join() позволяет одному потоку ждать окончания выполнения другого (т.е. текущий ждет выполнения потока thread).

3. java.lang.Runnable - интерфейс определяет единственный метод run, который должен содержать код, который будет выполняться в потоке.

4. volatile - данный модификатор указывает компилятору, что чтение перемнной будет производиться прямо из памяти, что позволяет нескольким потокам видеть последнее значение переменной.

5. java.util.concurrent.locks.Lock - интерфейс, реализации которого предполагают более обширные операции блокировки, чем предоставляемые synchronized методами и блоками.