Философия Java3
Шрифт:
Объекты Customer очень просты; они содержат только поле данных final int. Так как эти объекты никогда не изменяют своего состояния, они являются объектами, доступными только для чтения, и поэтому требуют синхронизации или использования volatile. Вдобавок каждая задача Teller удаляет из очереди ввода только один объект Customer и работает с ним до завершения, поэтому задачи все равно будут работать с Customer последовательно.
Класс CustomerLine представляет собой общую очередь, в которой клиенты ожидают обслуживания. Он реализован в виде очереди ArrayBlockingQueue с
Генератор CustomerGenerator присоединяется к CustomerLine и ставит объекты Customer в очередь со случайными интервалами.
Teller извлекает клиентов Customer из CustomerLine и обрабатывает их последовательно, подсчитывая количество клиентов, обслуженных за текущую смену. Если клиентов не хватает, его можно перевести на другую работу (doSome-thingElse), а при появлении большого количества клиентов — снова вернуть на обслуживание очереди методом serveCustomerLine. Чтобы приказать следующему кассиру вернуться к очереди, метод compareTo проверяет количество обслуженных клиентов, чтобы приоритетная очередь автоматически ставила в начало кассира, работавшего меньше других.
Вся основная деятельность выполняется в TellerManager. Этот класс следит за всеми кассирами и за тем, что происходит с клиентами. Одна из интересных особенностей данной имитации заключается в том, что она пытается подобрать оптимальное количество кассиров для заданного потока покупателей. Пример встречается в методе adjustTellerNumber — управляющей системе для надежной, стабильной регулировки количества кассиров. У всех управляющих систем в той или иной мере присутствуют проблемы со стабильностью; слишком быстрая реакция на изменения снижает стабильность, а слишком медленная переводит систему в одно из крайних состояний.
Резюме
В этой главе я постарался изложить основы многопоточного программирования с использованием потоков Java. Прочитав ее, читатель должен понять следующее:
1. Программу можно разделить на несколько независимых задач.
2. Необходимо заранее предусмотреть всевозможные проблемы, возникающие при завершении задач.
3. Задачи, работающие с общими ресурсами, могут мешать друг другу. Основным средством предотвращения конфликтов является блокировка.
4. В неаккуратно спроектированных многозадачных системах возможны взаимные блокировки.
Очень важно понимать, когда рационально использовать параллельное выполнение, а когда этого делать не стоит. Основные причины для его использования:
• управление несколькими подзадачами, одновременное выполнение которых позволяет эффективнее распоряжаться ресурсами компьютера (включая возможность незаметного распределения этих задач по нескольким процессорам);
• улучшенная организация кода;
• удобство для пользователя.
Классический пример распределения ресурсов — использование процессора во время ожидания завершения операций ввода/вывода. Классический пример чуткого пользовательского интерфейса — отслеживание нажатий кнопки «Прервать» во время продолжительного процесса загрузки.
Дополнительным преимуществом потоков является то, что они заменяют «тяжелое» переключение контекста процессов (порядка 1 ООО и более инструкций) «легким» переключением контекста выполнения (около 100 инструкций). Так как все потоки
Основные недостатки многозадачности:
1. Замедление программы, связанное с ожиданием освобождения блокированных ресурсов.
2. Дополнительная нагрузка на процессор для управления потоками.
3. Совершенно ненужная сложность, являющаяся следствием неудачных решений при проектировании программы.
4. Аномальные ситуации: взаимные блокировки, конфликты доступа, гонки и т. д.
5. Непоследовательное поведение на различных платформах. Например, при разработке некоторых примеров для данной книги я обнаружил ситуации гонки, быстро проявлявшиеся на некоторых компьютерах, но незаметные на других.
Пожалуй, основные трудности с потоками возникают тогда, когда несколько потоков одновременно пытаются использовать один и тот же ресурс — например, память объекта, и вы должны сделать так, чтобы этого ни в коем случае не произошло. Для этого нужно разумно использовать ключевое слово synchronized — полезный инструмент языка, который тем не менее необходимо хорошо понимать (без этого в программе может незаметно возникнуть опасность взаимной блокировки).
Вдобавок многозадачное программирование сродни искусству. Язык Java существует для того, чтобы вы могли свободно создавать столько объектов, сколько вам нужно для решения вашей задачи — по крайней мере, в теории это так. (Например, создание миллионов объектов для проведения проекционно-разностного анализа вряд ли будет иметь смысл в Java.) Однако оказывается, что количество потоков упирается в определенный «потолок», так как после превышения этой-границы потоки становятся неподатливыми. Это критическое число трудно определить, зачастую оно зависит от операционной системы и виртуальной машины Java, значение может находиться где-то в районе сотни, а может исчисляться тысячами. Если для решения своей задачи вам требуется небольшая группа потоков, это ограничение не актуально, но при разработке больших программ оно может создать затруднения.
Алфавитный указатель
А
Arrays, класс, 465
С
CGI, 41
CountDownLatch, класс, 607 CyclicBarrier, класс, 609
F
foreach, синтаксис, 105
н
HTML, 41
3
Java, 48
N
new, ключевое слово, 49
Р
Python, 42
S
Simula, 20
SmallTalk, 19
static, ключевое слово, 60
и
UML, 24
А
автоматические переменные, 36 ассоциативный массив, 285 атомарные операции, 585
Б
базовые классы, 25 базовый класс, 172, 201 инициализация, 174 конструктор, 210 безымянный внутренний класс, 251, 485 булева алгебра, 84 буферы nio, 510