Текст книги "Многопоточное программирование в Java"

Живучесть Liveness

Теперь, давайте рассмотрим фундаментальное свойство корректности многопоточных программ, которое называется LIVENESS или живучесть.

Когда вы пишете не многопоточную, а последовательную программу, и в ней есть ошибка, вы запускаете ее, и на экране ничего не появляется.

Вы ждете, а затем выясняете, например, что у вас в коде есть бесконечный цикл.

И тогда вы исправляете ошибку.

К сожалению, в многопоточных программах есть много других способов получить этот эффект пустого экрана.

Один из них – это DEADLOCK или взаимная блокировка.

Это мы уже видели в случае операции join.

Если два потока соединяются друг с другом, они создают цикл взаимоблокировки, и по этой причине программа не завершается.

Это не бесконечный цикл в обычном понимании, это два потока, заблокированных друг от друга на неопределенный срок.

Существуют и другие способы получения взаимоблокировки.

Например, если поток T1 выполняет синхронизированную операцию на объекте A и вложенную синхронизированную операцию на объекте B, а поток T2 выполняет синхронизированную операцию на объекте B и вложенную синхронизированную операцию на объекте A, мы получаем другую форму взаимоблокировки.

Поток T1 может получить монитор объекта A одновременно с тем, что поток T2 получит монитор объекта B, а затем каждый поток будет ожидать монитора В и А соответственно неопределенный срок.

Одним из лучших способов предотвращения взаимоблокировки – это избегать одновременного получения более одного монитора.

Еще одно нарушение живучести, это LIVELOCK или динамическая взаимоблокировка.

В livelock потоки не блокируются, но они находятся в режиме, в котором их выполнение не продвигается дальше, это похоже на пат в шахматной игре.

Например, если у нас есть объект, скажем, изменяемая целочисленная переменная x, и у нас есть два потока.

Поток T1 в цикле увеличивает x, затем читает значение x и продолжает делать это, пока х меньше 2.

А поток T2 в цикле уменьшает значение x, затем читает значение x и продолжает делать это, пока х больше -2.

Возможна ситуация, при которой поток T1 получает x = 1, но прежде чем он получит шанс увеличить x и достичь x = 2, поток T2 уменьшает x, противодействуя тому, что делает T1.

И делает x = -1.

Но до того, как поток T2 получит шанс уменьшить х до -2, поток T1 может снова увеличить x до 1.

И так до бесконечности.

Таким образом, значение х может двигаться вперед и назад, как непрерывный бесконечный пинг-понг.

Теперь третий вид проблемы с живучестью, называется STARVATION или голодание.

Starvation возникает, когда какой-либо поток не может получить доступ к общим ресурсам и не может быть выполнен в результате, например, синхронизированного доступа к этому ресурсу другими потоками, выполнение которых занимает долгое время.

В результате этот поток голодает.

Паттерн защищенный блок Guarded Block

Предположим у нас есть задача написать приложение Producer-Consumer.

Это приложение состоит из двух потоков – производителя, который создает данные, и потребителя, который что-то делает с этими данными.