Чистый код. Создание, анализ и рефакторинг

В Java 5 возможности многопоточной разработки были значительно расширены по сравнению с предыдущими версиями. При написании многопоточного кода в Java 5 следует руководствоваться следующими правилами:

• Используйте потоково-безопасные коллекции.

• Используйте механизм Executor Framework для выполнения несвязанных задач.

• По возможности используйте неблокирующие решения.

• Некоторые библиотечные классы не являются потоково-безопасными.

Потоково-безопасные коллекции

Когда язык Java был еще молод, Даг Ли написал основополагающую книгу «Concurrent Programming in Java» [Lea99]. В ходе работы над книгой он разработал несколько потоково-безопасных коллекций, которые позднее были включены в JDK в пакете java.util.concurrent. Коллекции этого пакета безопасны в условиях многопоточного выполнения, к тому же они достаточно эффективно работают. Более того, реализация ConcurrentHashMap почти всегда работает лучше HashMap. К тому же она поддерживает возможность выполнения параллельных операций чтения и записи и содержит методы для выполнения стандартных составных операций, которые в общем случае не являются потоково-безопасными. Если ваша программа будет работать в среде Java 5, используйте ConcurrentHashMap в разработке.

Также в Java 5 были добавлены другие классы для поддержки расширенной многопоточности. Несколько примеров.

ReentrantLock	Блокировка, которая может устанавливаться и освобождаться в разных методах
Semaphore	Реализация классического семафора (блокировка со счетчиком)
CountDownLatch	Блокировка, которая ожидает заданного количества событий до освобождения всех ожидающих потоков. Позволяет организовать более или менее одновременный запуск нескольких потоков

Рекомендация: изучайте доступные классы. Если вы работаете на Java, уделите особое внимание пакетам java.util.concurrent, java.util.concurrent.atomic и java.util.concurrent.locks.

Знайте модели выполнения

В многопоточных приложениях возможно несколько моделей логического разбиения поведения программы. Но чтобы понять их, необходимо сначала познакомиться с некоторыми базовыми определениями.

Связанные ресурсы	Ресурсы с фиксированным размером или количеством, существующие в многопоточной среде, например подключения к базе данных или буферы чтения/записи
Взаимное исключение	В любой момент времени с общими данными или с общим ресурсом может работать только один поток
Зависание	Работа одного или нескольких потоков приостанавливается на слишком долгое время (или навсегда). Например, если высокоприоритетным потокам всегда предоставляется возможность отработать первыми, то низкоприоритетные потоки зависнут (при условии, что в системе постоянно появляются новые высокоприоритетные потоки)
Взаимная блокировка (deadlock)	Два и более потока бесконечно ожидают завершения друг друга. Каждый поток захватил ресурс, необходимый для продолжения работы другого потока, и ни один поток не может завершиться без получения захваченного другим потоком ресурса
Обратимая блокировка[57] (livelock)	Потоки не могут «разойтись» — каждый из потоков пытается выполнять свою работу, но обнаруживает, что другой поток стоит у него на пути. Потоки постоянно пытаются продолжить выполнение, но им это не удается в течение слишком долгого времени (или вообще не удается)

Вооружившись этими определениями, можно переходить к обсуждению различных моделей выполнения, встречающихся в многопоточном программировании.