🤘🏻 🙆🏾 👩‍💻 ボートでのマルチスレッド 🙎🏿 Ⓜ️ 🌴

タスクプロデューサー/コンシューマー

この記事は、JAVAのマルチスレッドの世界に最近精通した初心者を対象としています。

少し前まで、私はEPAMでインターンシップを行いました。若いパダワンが完了するために必要なタスクのリストには、マルチスレッドの割り当てがありました。公平に言えば、ArrayBlockingQueue、Semophore、および一般的に強力なAPI（java.util.concurrent）を大きなトリックなしで使用できる場合、wait（）やnotify（）などの低レベルのツールでこれを行うことを強制された人はいません。さらに、マルチスレッドシナリオに対応する代わりに、自転車を再発明する一方で、APIが並列処理の圧倒的な複雑さを隠している場合は、悪い習慣と見なされます。 APIを使用して両方のネイティブオプションを実装しました。今日は1つのオプションを示します。

手始めに、次の記事を読むことをお勧めします。

このプロジェクトへのリンク。

割り当ては次のとおりでした。

トンネルに向かって航行し、次にあらゆる種類の商品を積み込むためにバースに航行する輸送船があります。
彼らは一度に5隻の船しか入らない狭いトンネルを通過します。「トンネルまで泳ぐ」という言葉は、船がどこかから現れなければならないことを意味します。制限された数（10または100）にすることも、無限数にすることもできます。「水泳」という言葉を船の発電機と呼びます。
船の種類と容量は、船に積み込む必要がある商品の種類によって異なる場合があります。つまり、TKについては、3種類の船（パン、バナナ、衣類）と3種類の容量10、50、100個を思いつきました。商品。 3種類の船* 3種類の容量= 9種類の船。
さらに、船に積み込むための寝台には、パン、バナナ、衣類の3種類があります。各バースは、自分が必要とする船を受け取り、それ自体を呼び出して、積み込みを開始します。 1秒で、桟橋は10ユニットを船に積み込みます。商品。つまり、船に50個の容量がある場合、バースは5秒間の操作でそれを積み込みます。

要件は次のとおりです。

タスクを並列処理に正しく分割します。
ストリームを同期し、データの整合性を維持します。結局のところ、共有リソースへのスレッドのアクセスを制限することは難しくありませんが、それらを協調して動作させることはすでにはるかに困難です。
船舶発電機の操作は、バースの作業に依存するべきではなく、その逆も同様です。
共有リソースはスレッドセーフである必要があります（実装にリソースがある場合）
タスクがない場合、スレッドをアクティブにしないでください。
タスクがない場合、スレッドはミューテックスを保持すべきではありません。

さあ、行こう！

まず、図を描いて、何が何であるかを明確にしました。

問題を解決する前に、紙の表面で視覚化することをお勧めします。特に、マルチスレッドアプリケーションの場合。

アプリケーションをコンポーネント、この場合はクラスに分割しましょう。プロジェクト構造。

クラス-シップクラス自体にはロジックが含まれていません。ポジョ。

ソースコード

public class Ship { private int count; private Size size; private Type type; public Ship(Size size, Type type) { this.size = size; this.type = type; } public void add(int count) { this.count += count; } public boolean countCheck() { if (count >= size.getValue()) { return false; } return true; } public int getCount() { return count; } public Type getType() { return type; } public Size getSize() { return size; } }

船はサイズとタイプが異なるため、Enumクラスを作成して船のプロパティを決定することにしました。サイズとタイプ。サイズには定義済みのプロパティがあります。（コード）

Shipクラスにはintカウンターもあり、既に何個の商品がロードされているか、船のプロパティで示されている以上の場合、同じクラスのboolean countCheck（）メソッドはfalseを返します、つまり、船がロードされます。

クラス-トンネル

ソースコード

 public class Tunnel { private List<Ship> store; private static final int maxShipsInTunel = 5; private static final int minShipsInTunel = 0; private int shipsCounter = 0; public Tunnel() { store = new ArrayList<>(); } public synchronized boolean add(Ship element) { try { if (shipsCounter < maxShipsInTunel) { notifyAll(); store.add(element); String info = String.format("%s + The ship arrived in the tunnel: %s %s %s", store.size(), element.getType(), element.getSize(), Thread.currentThread().getName()); System.out.println(info); shipsCounter++; } else { System.out.println(store.size() + "> There is no place for a ship in the tunnel: " + Thread.currentThread().getName()); wait(); return false; } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return true; } public synchronized Ship get(Type shipType) { try { if (shipsCounter > minShipsInTunel) { notifyAll(); for (Ship ship : store) { if (ship.getType() == shipType) { shipsCounter--; System.out.println(store.size() + "- The ship is taken from the tunnel: " + Thread.currentThread().getName()); store.remove(ship); return ship; } } } System.out.println("0 < There are no ships in the tunnel"); wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return null; }

トンネルにはボートが格納されます。これはリストを使用して行われます。容量は5ボートをトンネルします。何らかの方法で、トンネルにボートを追加して、それらを取り出す必要があります。 2つのadd（）およびget（）メソッドがこれを行います。 get（）メソッドは、必要なタイプに応じてリストからボートを取得および削除します。 add（）およびget（）メソッドを見るとわかるように、リスト内の船の数がチェックされます。 ship> 5の場合、ボートの追加は機能せず、逆にship <0の場合はリストの取得も機能しません。トンネルは、マルチスレッドのコンテキストにおける共有リソースです。マルチスレッドの共有リソースは悪です。マルチスレッドプログラミングのすべての問題と複雑さは、まさに共有リソースに由来しています。したがって、それらは避ける必要があります。

特に共有リソースの問題は何ですか。

まず、ボートの追加と取得はスレッド間で一貫している必要があります。一貫性がない場合、競合状態とデータ損失の可能性が高くなります。 synchronizedキーワードでこれを解決します。

第二に、TKは言及しました：

-タスクがない場合、ストリームをアクティブにしないでください。

-タスクがない場合、ストリームはミューテックスを保持しません。

このために、wait（）およびnotifyAll（）の形式のソリューションもあります。

add（）メソッドと、「タスクなし」というフレーズが実行するスレッドの場合、ship> 5を意味します。 ship> 5の場合、スレッドはアクティビティを停止して待機する必要があります。スレッドを停止してミューテックスを削除するために、wait（）を呼び出します。 get（）メソッドにも同様のルールがあります。それのためにのみ<0を出荷します。待って、彼らは待つだろうが、どうやって彼らを目覚めさせ、仕事に戻ると言うのか？ここで、notifyAll（）メソッドが役立ちます。彼女の仕事は、スレッドを待機から実行可能に切り替えることです。 add（）メソッドが起動し、同時に<5を出荷すると、get（）メソッドで動作するスレッドを起動します。逆に、get（）メソッドがトリガーされ、ship> 0の場合、add（）メソッドで動作するストリームを起動します。何らかの再帰...しかし、注意してください！ DEADLOCKをキャッチして、無限の待機に入る可能性があります。（http://www.quizful.net/interview/java/Deadlock）

さらに進む...

クラス-ShipGenerator。

ここで、ボートを生成し、独立したフローでこれを行うものが必要です。クラスShipGenerator。

ソースコード

 public class ShipGenerator implements Runnable { private Tunnel tunnel; private int shipCount; public ShipGenerator(Tunnel tunnel, int shipCount) { this.tunnel = tunnel; this.shipCount = shipCount; } @Override public void run() { int count = 0; while (count < shipCount) { Thread.currentThread().setName(" Generator ship"); count++; tunnel.add(new Ship(getRandomSize(), getRandomType())); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } private Type getRandomType() { Random random = new Random(); return Type.values()[random.nextInt(Type.values().length)]; } private Size getRandomSize() { Random random = new Random(); return Size.values()[random.nextInt(Size.values().length)]; } }

ボートを生成するタスクをストリームに追加するには、Runnableインターフェイスを実装する必要があります。 2つのパラメーターを入力すると、Tunnelと世代に必要な船の数になります。次に、run（）メソッドをオーバーライドします。 run（）メソッドは、スレッドによって直接実行されるメソッドです。そこで、船舶を生成するためのロジックを配置します。ロジックは単純です。 Randomを使用してボートをランダムに生成し、Tunnel共有リソースに入れます。

小さな余談。 多くの人が誤ってRunnableインターフェースを作成することでスレッドを作成すると信じているため、スレッドにタスクを追加する必要があると言いました。 実際、彼らはフローのタスクを作成します。 つまり、Runnableインターフェースを実装するクラスを1000個作成しても、スレッドを1000個作成することにはなりません。 これは、1000個のタスクを作成することを意味します。 そして、これらのタスクを実行するスレッドの数は、マシンのコアの数に依存します。

クラス-PierLoader

ソースコード

 public class PierLoader implements Runnable { private Tunnel tunnel; private Type shipType; public PierLoader(Tunnel tunnel, Type shipType) { this.tunnel = tunnel; this.shipType =shipType; } @Override public void run() { while (true) { try { Thread.currentThread().setName("Loader "+shipType); //Time to load the goods Thread.sleep(500); Ship ship = tunnel.get(shipType); if(ship!=null) while (ship.countCheck()){ Thread.sleep(100); ship.add(10); System.out.println(ship.getCount() + " Loaded ship. " + Thread.currentThread().getName()); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }

船が生成され、トンネルに追加されました。トンネルから船を取り外し、商品を積む必要があります。これを行うために、PierLoaderクラス、つまり桟橋を作成します。ご存知のように、3種類の船があるため、互いに独立して動作する3種類の係留を作成する必要があります。 ShipGeneratorとの類推により、Runnableインターフェイスを実装します。入力2のパラメーターは、トンネルとタイプ（バースデータを受信する船のタイプ）です。 add（）の代わりに、get（）メソッドと特定のタイプのボートを呼び出します。

sleep（）は、ローダーの作業をエミュレートし、船を生成するためにのみ使用します（商品の積み込みに時間がかかり、船は航行しなければなりません）。他のフローに合わせるために遅延するためではありません。これを絶対に行わないでください。これには多くの理由があります。最も明白なのは、ストリームAの負荷が増加し、ストリームBを（1秒間）安楽死させた場合よりもはるかに長く（1秒ではなく3秒）動作するとどうなるかです。ストリームAを待ちますか？ OSによっても、JVMの動作は異なります。 ご存知のように、sleepはリソースを解放しませんが、wait（）ではなく、スリープ中もリソースを保持します。これにより、スレッドは動作を停止し、ロックを解除します。

クラス-メイン

ソースコード

 public class Main { public static void main(String[] args) { System.out.println("Available number of cores: " + Runtime.getRuntime().availableProcessors()); Tunnel tunnel = new Tunnel(); ShipGenerator shipGenerator = new ShipGenerator(tunnel, 10); PierLoader pierLoader1 = new PierLoader(tunnel, Type.DRESS); PierLoader pierLoader2 = new PierLoader(tunnel, Type.BANANA); PierLoader pierLoader3 = new PierLoader(tunnel, Type.MEAL); ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors()); service.execute(shipGenerator); service.execute(pierLoader1); service.execute(pierLoader2); service.execute(pierLoader3); service.shutdown(); } }

彼が一番簡単です。作成したTunnelクラスを初期化します。次に、ShipGeneratorを初期化します。コンストラクターで、トンネルオブジェクトと、フローの生成に必要な船の数を渡します。

同様に、3種類の船を読み込むための3つのPierLoaderオブジェクトを作成します。 Tunnelと呼ばれるスレッドの共通リソースをデザイナーに渡します。そして、船の種類PierLoaderがうまくいくはずです。

次に、これらすべてをExecutorServiceクラスに渡します。最初に、タスクを実行するスレッドのプールを作成します。 Runtime.getRuntime（）。AvailableProcessors（）コマンドを使用してスレッドの数を決定します。使用可能なストリームの数をint形式で返します。使用可能なコアが8つしかない場合、1000個のスレッドを作成しても意味がありません。

さて、それだけです！マルチスレッドアプリケーションの準備ができました。フローのタスクの数、ボートの生成時間、および商品の積み込みをいじることができます。結果は常に異なります。

おわりに

結論として、ブルース・エッケルの著書「Java Philosophy」を読むことをお勧めします。「並列実行」および「JAVA」の章。プログラミング方法” N. Blinova。「ストリーミング実行」の章。 Javaでマルチスレッドを使用する基本的なプラクティスとその複雑さについて説明します。

マルチスレッドアプリケーションを作成する前に、紙にアプリケーションを描画し、プロジェクトのスケッチを作成する必要があります。共有リソースを避けてください。共有リソースは悪です。フローがお互いをまったく知らず、まったく聞いていない方が良いです。独自のペンですべてを行うよりも、既製のAPIを使用してください。これにより、開発時間が短縮され、アプリケーションの信頼性が向上します。アプリケーションをテストおよびプロファイルします。おそらく、アプリケーションの速度を低下させ、マルチスレッドアプリケーションの可能性を完全には明らかにしない他のボトルネックを見つけるでしょう。

ボートでのマルチスレッド

タスクプロデューサー/コンシューマー

おわりに

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