How's that again?

Java

Многопоточность

https://github.com/LeonardoZ/java-concurrency-patterns

Java concurrency API

Базовые классы:

  • класс Thread
  • интерфейс Runnable
  • класс ThreadLocal
  • интерфейс ThreadFactory

Механизмы синхронизации:

  • ключевое слово synchronized

  • интерфейс Lock и его реализации

    • ReentrantLock
    • ReentrantReadWriteLock
    • StampedLock
  • класс Semaphore - позволяет ограничивать доступ к общему ресурсу
  • класс CountDownLatch (https://howtodoinjava.com/java/multi-threading/when-to-use-countdownlatch-java-concurrency-example-tutorial/) - позволяет дождаться завершения нескольких операций
  • класс CyclicBarrier - для сихнронизации нескольких потоков в одной точке
  • класс Phaser - для контроля над выполнением таска, состоящего из нескольких фаз. Следующая таска не начинается, пока все потоки не завершили текущую.

Экзекуторы:

  • интерфейсы Executor и ExecutorService
  • класс ThreadPoolExecutor - тред-пул
  • класс ScheduledThreadPoolExecutor - тред-пул с возможностью отложенного либо периодического выполнения
  • класс Executors - статический класс, упрощающий создание экзекуторов
  • интерфейс Callable - альтернатива Runnable: таска, возвращающая значение
  • интерфейс Future - интерфейс, позволяющий получить значение, возвращенное из Callable

Конкурентные структуры данных:

  • ConcurrentLinkedDeque
  • ConcurrentLinkedQueue
  • LinkedBlockingDeque
  • LinkedBlockingQueue
  • PriorityBlockingQueue
  • ConcurrentSkipListMap
  • ConcurrentHashMap
  • AtomicBoolean, AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference

Паттерны

Сигналирование

Когда использовать: Таска хочет сообщить о событии другой таске.

Проще всего реализовать, используя семафор Semaphore, мьютекс ReentrantLock, либо же используя методы wait() и notify() класса Object:

public void task1() {
     section1();
     commonObject.notify();
}

public void task2() {
     commonObject.wait();
     section2();
}

Рандеву

Когда использовать: Таска А ждет события от таски Б, а таска Б ждет события от А.

То же самое, что и в сигналировании, только нужно два примитива синхронизации:

public void task1() {
     section1_1();
     commonObject1.notify();
     commonObject2.wait();
     section1_2();
   }
   public void task2() {
     section2_1();
     commonObject2.notify();
     commonObject1.wait();
     section2_2();
}

Мьютекс

Когда использовать: когда только один таск одновременно должен иметь доступ к куску кода.

Реализуется, используя synchronized, ReentrantLock или Semaphore.

public void task() {
     preCriticalSection();
     lockObject.lock() // The critical section begins
     criticalSection();
     lockObject.unlock(); // The critical section ends
     postCriticalSection();
}

Мультиплекс

Когда использовать: когда не больше N тасков должны выполнять кусок кода.

То есть как мьютекс, только не один, а N. Для решения подходит Semaphore.

public void task() {
    preCriticalSection();
    semaphoreObject.acquire();
    criticalSection();
    semaphoreObject.release();
    postCriticalSection();
}

Барьер

Когда использовать: когда несколько тасков должны сихнронизироваться в одной точке. Ни один из таском не может продолжать выполнение, пока все таски не достигнут этой строчки.

Используется CyclicBarrier. Он называется cyclic, потому что может быть переиспользован. Первым аргументом принимает количество таском, а вторым может принимать Runnable, который будет запущен как только все потоки достигли точки синхронизации, но перед тем, как они пошли дальше.

public void task() {
     preSyncPoint();
     barrierObject.await();
     postSyncPoint();
}

Read-write lock

Когда использовать: когда потоков, которые хотят писать, меньше, чем потоков, которые хотят читать.

Использовать ReentrantReadWriteLock

Thread pool

Использовать классы, реализующие интерфейс ExecutorService.

Executor Framework

Базовые компоненты:

  • интерфейс Executor: имеет единственный метод execute, который принимает Runnable-таску. Эта таска будет запущена, а вот когда и как - решит конкретная реализация экзекутора.
  • интерфейс ExecutorService: расширение Executor, наделяющее его дополнительными возможностями. Позволяет прервать выполнеие тасков и получать футуры для получения прогресса/результата выполнения тасков. Содержит методы invokeAll, invokeAny для выполнения всех или любого из переданных тасков.
  • класс ThreadPoolExecutor - реализация ExecutorService, использующая непосредственно thread pool. Для создания рекомендуется использовать фабричные методы Executors.newCachedThreadPool(), Executors.newFixedThreadPool(int) и Executors.newSingleThreadExecutor(). Предоставляет расширяемые методы beforeExecute и afterExecute, посредством которых может быть расширен.
  • класс Executors - предоставляет статические фабричные методы для создания реализаций Executor, ExecutorService, ScheduledExecutorService, ThreadFactory, и Callable.

Запрос сетевого ресурса

URL url = new URL("https://adventofcode.com/2018/day/1/input");
HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection)url.openConnection();
InputStream stream;
try {
    stream = conn.getInputStream();
}
catch(IOException e)
{
    stream = conn.getErrorStream(); // без этого, в случае HTTP-статуса, отличного от 200, мы получим просто исключение и не сможем получить тело ответа
}
InputStreamReader reader = new InputStreamReader(stream);
BufferedReader in = new BufferedReader(reader);

String inputLine;
while ((inputLine = in.readLine()) != null)
    System.out.println(inputLine);
in.close();

Если нужно обратиться к HTTPS, то нужно HttpURLConnection просто заменить на HttpsURLConnection.

Если нужно использовать прокси, то делаем так:

HttpsURLConnection conn = (HttpsURLConnection)url.openConnection(new Proxy(Proxy.Type.HTTP, new InetSocketAddress("192.168.2.102", 3128)));

Добавить заголовок можно так:

conn.setRequestProperty("cookie", "COOKIE_CONTENTS");

Работа с I/O

В Java NIO основные концепции - каналы и буферы. При чтении данных каналы читают их из источника в буффер. При записи - буфер пишет в канал.

Каналы

Самые важные реализации каналов:

  • FileChannel - работает с файлами
  • DatagramChannel - работает с UDP
  • SocketChannel - работает с TCP
  • ServerSocketChannel - работает с входящими TCP-соединениями, для каждого входящего соединения создается SocketChannel.

Пример использования FileChannel:

RandomAccessFile aFile = new RandomAccessFile("data/nio-data.txt", "rw");
FileChannel inChannel = aFile.getChannel();

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);

int bytesRead = inChannel.read(buf);
while (bytesRead != -1) {

  System.out.println("Read " + bytesRead);
  buf.flip();

  while(buf.hasRemaining()){
      System.out.print((char) buf.get());
  }

  buf.clear();
  bytesRead = inChannel.read(buf);
}
aFile.close();

Строка buf.flip() очень важна - она переводит буфер из режима записи в буфер в режим чтения из буфера.

Буферы

Работа с буфером состоит из 4 шагов:

  1. Пишем данные в буфер
  2. Вызываем buffer.flip()
  3. Читаем данные из буфера
  4. Вызываем buffer.clear() или buffer.compact().

Основные реализации буферов:

  • ByteBuffer
  • MappedByteBuffer
  • CharBuffer
  • DoubleBuffer
  • FloatBuffer
  • IntBuffer
  • LongBuffer
  • ShortBuffer

Создание буфера

Каждый класс-наследник Buffer имеет метод allocate(), который аллоцирует новый буфер:

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(48);
CharBuffer buf2 = CharBuffer.allocate(48);

Запись данных в буфер

В буфер можно записать данные 2 способами:

  1. Через канал
  2. Вручную

Вот пример записи через канал:

int bytesRead = inChannel.read(buf);

А вот - вручную:

buf.put(127);

У put() есть много перегрузок, можно писать одно значение, массив значений, и даже значения из другого буфера.

Чтение данных из буфера

Так же как и с записью, есть 2 способа.

Читать из буфера в канал:

int bytesWritten = inChannel.write(buf);

Читать из буфера в переменную:

byte aByte = buf.get();

Очистка буфера

При вызове clear() внутренний position выставляется в 0, а limit - в capacity. Это означает, что данные не очищаются, но следующая запись будет поверх старых данных.

Чтение файла построчно

try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(file))) {
    String line;
    while ((line = br.readLine()) != null) {
       // process the line.
    }
}

List to array

List<Double> exampleList = new ArrayList<Double>();
...
Double[] example = new Double[exampleList.size()];
example = exampleList.toArray(example);

Map array to array

String[] parts = Stream.of(line.split(";")).map(x -> x.trim())
    .toArray(String[]::new);