Concurrency

Основные разделы

• Mutex Monitor Semaphore
• Thread
• Runnable
• Callable
• java.util.concurrent
• Future
• CompletableFuture
• Ошибки многопоточности

Процесс(Process)

Процесс(Process) - единица операционной системы. На которую выделена память и др. ресурсы. Содержит в себе потоки. Процесс в Java — это JVM. Запуская Java-программу, вы запускаете процесс: java MyProgram.

Поток(Thread)

Поток(Thread) - единица исполнения кода.

Поток имеет stack и memory для исполнения. Потоки исполняются на ядрах процессора. Чаще всего одна программа состоит из одного процесса, но бывают и исключения (например, браузер Chrome создает отдельный процесс для каждой вкладки, что дает ему некоторые преимущества, вроде независимости вкладок друг от друга). Процессы изолированы друг от друга, поэтому прямой доступ к памяти чужого процесса невозможен (взаимодействие между процессами осуществляется с помощью специальных средств).

Приложение живо пока жив хоть один поток.

Главный поток(main thread) запускает метод main, и всё выполнение программы начинается с него.

Для чего используют многопоточность

1. Параллельное выполнение задач, которые можно выполнять одновременно.
2. Задачи, зависящие от ожидания (I/O-bound).
3. Вычислительно сложные задачи (CPU-bound).
4. Обработка событий и интерфейсов.
5. Реализация фоновых задач.

Атомарный

Атомарный - значит "неделимый" - в том смысле, что операция должна быть выполнена полностью или отменена.

Критическая секция

Критическая секция - участок исполняемого кода программы, в котором производится доступ к общему ресурсу (данным или устройству), который не должен быть одновременно использован более чем одним потоком выполнения. При нахождении в критической секции двух (или более) потоков возникает состояние «гонки» («состязания»). Во избежание данной ситуации необходимо выполнение четырех условий:

• Два потока не должны одновременно находиться в критических областях.
• В программе не должно быть предположений о скорости или количестве процессоров.
• Поток, находящийся вне критической области, не может блокировать другие потоки.
• Невозможна ситуация, в которой поток вечно ждет попадания в критическую область.

Способы создания потоков

1. Создать класс с реализацией Runnable, его объект передать его в конструктор класса Thread и вызвать метод start(). Этот интерфейс содержит один метод run(), который будет выполняться в новом потоке. Поток закончит выполнение, когда завершится его метод run().
2. Наследоваться от класса Thread и переопределить его метод run().
3. Создать объект реализации Callable передать его в реализацию ExecutorService.

Основные недостатки многопоточности

• Замедленные программы - ожидание освобождения блокированных ресурсов.
• Дополнительная нагрузка на процессор для управления потоками.
• Повышенная сложность программы.
• Аномальные ситуации. Deadlock, access conflict, race condition etc.