Core Java. Лекция 11

Часть 3. Потокобезопасные структуры данных

Неблокирующие алгоритмы

Atomics

Aтомарные операции в классах атомарных переменных

getAndSet(newValue)    compareAndSet(expect, update)

incrementAndGet()      decrementAndGet()

getAndIncrement()      getAndDecrement()

getAndAdd(delta)       addAndGet(delta)

getAndUpdate(updateFunction)
updateAndGet(updateFunction)

getAndAccumulate(x, accumulatorBiFunction)
accumulateAndGet(x, accumulatorBiFunction)

Потокобезопасные коллекции

CopyOnWriteArrayList и CopyOnWriteArraySet

class CopyOnWriteArrayList<E> implements List<E>
class CopyOnWriteArraySet<E> extends AbstractSet<E>

ConcurrentLinkedQueue/Deque

ConcurrentLinkedQueue<E> extends AbstractQueue<E>
        implements Queue<E>
ConcurrentLinkedDeque<E> extends AbstractCollection<E>
        implements Deque<E>

ConcurrentLinkedQueue/Deque

Блокирующие очереди: средство реализации producer-consumer pattern

ConcurrentHashMap

class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements ConcurrentMap<K,V>

ConcurrentHashMap: Java 7-

ConcurrentHashMap: Java 8+

ConcurrentSkipListMap

class ConcurrentSkipListMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements ConcurrentNavigableMap<K,V>

ConcurrentSkipListMap: идея

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap

Часть 4. Executor Framework

Executor Framework

Executor Framework

//Абстракция вычислительной задачи, возвращающей результат
public interface Callable<V> {
  V call() throws Exception;
}

//Абстракция «менджера тредов»
public interface ExecutorService {
  <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
  /*...есть и много другого, речь впереди...*/
}

Future

//Абстракция результата "in progress", который можно ждать,
//а можно и отменить
public interface Future<V> {
  V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
  V get(long timeout, TimeUnit unit)
    throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
  boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
  boolean isDone();
  boolean isCancelled();
}

Task, Executor, Future

Как создать ExecutorService?

public class  Executors {
  //фиксированный размер пула
  public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
  public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
  //пул растёт по необходимости, держит неактивный тред 60 секунд
  public static ExecutorService newCachedThreadPool()
  //позволяет выполнять задачи с задержкой или периодичностью
  public static
    ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
  ...
}

Обработка задач «пачками»

//Запускаем и ждём, пока все выполнятся
//List<Future<T>>, а не List<T>, т. к. возможны исключения
<T> List<Future<T>> invokeAll(
    Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException

//Запускаем, возвращаем первый успешный результат,
//отменяем остальные
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException;

Отмена задач и «прекращение обслуживания»

//отменить задачу, если она ещё не начала выполняться
future.cancel(false)
//запросить прерывание задачи (подробности впереди)
future.cancel(true)

//Запретить приём новых задач
executorService.shutdown();
//Подождать, пока принятые задачи завершатся
if (!service.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS)){
    //Прервать выполнение задач
    service.shutdownNow();
}

Прерывание задач

Прерывание тредов

Кооперативный механизм прерывания

Что делать с InterruptedException

} catch (InterruptedException e) {
    //записываем факт прерывания в лог ...
    ...
    //восстанавливаем interrupted-статус
    Thread.currentThread().interrupt();
    //выходим из прерванной процедуры
    return;
}

CompletableFuture

CompletableFuture<Integer> f = new CompletableFuture<>();
executor.execute(() -> {
  int n = workHard(arg);
  f.complete(n); });

executor.execute(() -> {
  int n = workSmart(arg);
  f.complete(n); });

executor.execute(() -> {
  Throwable t = ...;
  f.completeExceptionally(t); });

Композиция CompletableFuture с действием

Композиция CompletableFuture с действием

Композиция нескольких CompletableFuture

Композиция нескольких CompletableFuture

Если этого показалось мало…​

Мы только прошлись по основам

Brian Goetz et al., Java Concurrency in Practice. Вышла в 2006-м году, в эпоху Java 5.0. Новых изданий не выходило. На русском языке вышла в 2020-м году! Всё ещё самое полное руководство по разным аспектам многопоточного программирования на Java.

Code Review Checklist

Благодарности

Иногда при чтении кода начинает рябить в глазах…​

import org.json.JSONObject;
class NaivePersonSerializer {
  String toJSON(Person person) {
    JSONObject result = new JSONObject();
      result.put("firstName", person.getFirstName());
      result.put("lastName", person.getLastName());
      result.put("birthDate",
        person.getBirthDate()
        .format(DateTimeFormatter.ISO_LOCAL_DATE));
      result.put(...)
      result.put(...)
      //ещё 20 полей
      result.put(...)
      return result.toString();
  }
}

Возникает ощущение, что что-то не так…​

public class NaiveController {
  private final Service service;
  public void executeCommand(String command) {
    switch (command) {
      case "foo":
        service.foo(); break;
      case "bar":
        service.bar(); break;
      case ...
      //Ещё 15 веток...
      case "help":
      default:
        service.help(); break;
    }
  }
}

Coupling & Cohesion

Coupling vs. Cohesion

Вопросы

Как бы мы хотели решить эту проблему?

//Помечаем то, что хотим сериализовывать, не сериализуем по умолчанию.
//Вариант: наоборот, помечать то, что сериализовывать не хотим.
public class Person {
    @Published
    private final String firstName;
    @Published
    private final String lastName;
    @Published
    private final LocalDate birthDate;
    //...сколько угодно ещё полей
}

//Как вариант...
JsonSerializer<Person> ser = new JsonSerializer<>(Person.class);
JSONObject json = ser.serialize(p);

Контроллер

public class Controller {
  private final Service service;

  @Command("foo")
  void doSomething() { service.foo(); }

  @Command("bar")
  void bar() { service.bar(); }

  //ещё 15 команд

  @Command() //дефолтная
  void help() { service.help(); }
}

new CommandDispatcher(new Controller(srv)).executeCommand("foo");

Аннотации

Синтаксис определения аннотаций

modifiers @interface AnnotationName {
  type elementName();
  ...
  type elementName default value;
}

Пример

public @interface BugReport {
  String assignedTo() default "";
  int severity();
}

Annotation Interfaces

Допустимые типы методов аннотации (JLS 9.6.1)

Пример определения интерфейса аннотации

public @interface BugReport {
  //вложенные типы допустимы!
  enum Status {UNCONFIRMED, CONFIRMED, FIXED, NOTABUG}
  boolean showStopper() default false;
  String assignedTo() default "";

  //метакласс, речь впереди
  Class<?> testCase() default Void.class;
  Status status() default Status.UNCONFIRMED;

  //Тип аннотации. При конструировании используется синтаксис
  //аннотации, речь впереди
  Reference ref() default @Reference(id = "");
  String[] reportedBy();
}

Использование аннотаций

@AnnotationName(elementName1=value1, elementName2=value2,...)

@AnnotationName(singleValue)

@AnnotationName //no values, no parens

Использование аннотаций

@BugReport(assignedTo="Harry", severity=10)

//порядок не имеет значения
@BugReport(severity=10, assignedTo="Harry")

//если заданы значения по умолчанию, то можно пропускать
@BugReport(severity=10)

//если параметров нет или все имеют умолчания,
//то можно не ставить скобки
@BugReport

//Если на параметр не задан default, его надо  обязательно определять
//(иначе ошибка компиляции).

Single-value annotations

public @interface ActionListenerFor {
  String value();
  int priority() default 0;
}

//использование
@ActionListenerFor("yellowButton")

//что эквивалентно
@ActionListenerFor(value = "yellowButton")

//в то же время:
@ActionListenerFor(value = "yellowButton", priority = 1)

Массивы и другие аннотации

//Массивы задаются в фигурных скобках
@BugReport(..., reportedBy = {"Harry", "Carl"})

//То же самое, что {"Harry"}
@BugReport(..., reportedBy = "Harry")

//Конструирование вложенных аннотаций
@BugReport(..., ref = @Reference(id = "12345"))

//...Как видим, используя разрешённые типы,
//можно задать сколь угодно сложную структуру данных