Конкурентное программирование на Scala
Покупка
Тематика:
Программирование и алгоритмизация
Издательство:
ДМК Пресс
Автор:
Прокопец Александр
Перевод:
Киселев Артём Николаевич
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 342
Дополнительно
Вид издания:
Практическое пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-97060-572-1
Артикул: 767299.01.99
Доступ онлайн
679 ₽
В корзину
Scala - современный, мультипарадигменный язык программирования, позволяющий описывать типичные шаблоны программирования компактнее, выразительнее и безопаснее. Scala прекрасно сочетает в себе черты объектно-ориентированных и функциональных языков. Книга начинается с введения в основы конкурентного программирования в JVM и описания модели памяти в Java, а после демонстрирует основные строительные блоки для реализации конкурентных вычислений, такие как атомарные переменные, пулы потоков и конкурентные структуры данных. Затем рассматриваются разные высокоуровневые абстракции конкуренции, каждая из которых ориентирована на решение определенного класса задач, при этом затрагиваются самые последние достижения в поддержке асинхронного программирования. Также охватываются некоторые полезные шаблоны и способы использования описываемых приемов. В заключение дается краткий обзор применения разных библиотек поддержки конкуренции и демонстрируется возможность их совместного использования. Издание предназначено разработчикам с опытом программирования на Scala, но без опыта конкурентного и асинхронного программирования.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 09.03.01: Информатика и вычислительная техника
- 09.03.02: Информационные системы и технологии
- 09.03.03: Прикладная информатика
- 09.03.04: Программная инженерия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Александр Прокопец Конкурентное программирование на Scala
Aleksandar Prokopec Learning Concurrent Programming in Scala Learn the art of building intricate, modern, scalable, and concurrent applications using Scala BIRMINGHAM – MUMBAI
Александр Прокопец Конкурентное программирование на Scala Освойте искусство создания современных сложных, масштабируемых и конкурентных приложений на языке Scala Москва, 2018
УДК 004.432.42Scala ББК 32.973-018.1 П80 Прокопец А. П80 Конкурентное программирование на Scala / пер. с анг. А. Н. Киселева. – М.: ДМК Пресс, 2018. – 342 с.: ил. ISBN 978-5-97060-572-1 Scala – современный, мультипарадигменный язык программирования, позволяю щий описывать типичные шаблоны программирования компактнее, выразительнее и безопаснее. Scala прекрасно сочетает в себе черты объектно-ориентированных и функциональных языков. Книга начинается с введения в основы конкурентного программирования в JVM и описания модели памяти в Java, а после демонстрирует основные строительные блоки для реализации конкурентных вычислений, такие как атомарные переменные, пулы потоков и конкурентные структуры данных. Затем рассматриваются разные высокоуровневые абстракции конкуренции, каждая из которых ориентирована на решение определенного класса задач, при этом затрагиваются самые последние достижения в поддержке асинхронного программирования. Также охватываются некоторые полезные шаблоны и способы использования описываемых приемов. В заключение дается краткий обзор применения разных библиотек поддержки конкуренции и демонстрируется возможность их совместного использования. Издание предназначено разработчикам с опытом программирования на Scala, но без опыта конкурентного и асинхронного программирования. УДК 004.432.42Scala ББК 32.973-018.1 Copyright © Packt Publishing 2017. First published in the English language under the title «Lear ning Concurrent Programming in Scala – Second Edition – (9781786466891)». Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN 978-1-78646-689-1 (анг.) Copyright © 2017 Packt Publishing ISBN 978-5-97060-572-1 (рус.) © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2018
Содержание Предисловие .....................................................................................................................9 Об авторе .........................................................................................................................11 Благодарности ................................................................................................................12 О технических рецензентах .........................................................................................14 Вступление .......................................................................................................................17 Глава 1. Введение ...........................................................................................................25 Конкурентное программирование ..................................................................................25 Краткий обзор традиционных подходов к организации конкурентного выполнения ..................................................................................................................26 Современные парадигмы конкуренции .....................................................................27 Преимущества языка Scala...............................................................................................28 Начальные сведения .........................................................................................................29 Выполнение программ на Scala ..................................................................................30 Основы Scala .................................................................................................................31 Обзор новых особенностей в Scala 2.12 ..........................................................................35 В заключение ....................................................................................................................36 Упражнения.......................................................................................................................36 Глава 2. Конкуренция в JVM и модель памяти в Java .............................................38 Процессы и потоки ...........................................................................................................39 Создание и запуск потоков ..........................................................................................41 Атомарное выполнение ...............................................................................................45 Переупорядочение .......................................................................................................49 Мониторы и синхронизация ............................................................................................51 Взаимоблокировки .......................................................................................................53 Защищенные блокировки ............................................................................................55 Прерывание потоков и корректная остановка ...........................................................59 Изменчивые переменные ................................................................................................60 Модель памяти в Java .......................................................................................................62 Неизменяемые объекты и финальные поля ...............................................................64 В заключение ....................................................................................................................65 Упражнения.......................................................................................................................66 Глава 3. Традиционные строительные блоки конкурентных программ .............69 Объекты Executor и ExecutionContext .............................................................................70 Атомарные примитивы ....................................................................................................73 Атомарные переменные ..............................................................................................73 Неблокирующее программирование ..........................................................................76 Явная реализация блокировок ....................................................................................78 Проблема ABA ...............................................................................................................80 Ленивые значения ............................................................................................................82 Конкурентные коллекции ................................................................................................86 Конкурентные очереди ................................................................................................88 Конкурентные множества и словари ..........................................................................91 Конкурентные итерации ..............................................................................................95
Содержание Собственные конкурентные структуры данных ............................................................97 Реализация неблокирующего конкурентного пула ...................................................98 Создание и обработка процессов ..............................................................................102 В заключение ..................................................................................................................103 Упражнения.....................................................................................................................104 Глава 4. Асинхронное программирование с объектами Future и Promise .......107 Объекты Future ...............................................................................................................108 Запуск асинхронных вычислений .............................................................................109 Объекты Future и обратные вызовы .........................................................................111 Объекты Future и исключения ...................................................................................113 Использование типа Try .............................................................................................114 Фатальные исключения .............................................................................................115 Композиция функций в объектах Future ..................................................................116 Объекты Promise .............................................................................................................123 Преобразование программных интерфейсов на основе обратных вызовов .........125 Расширение программного интерфейса объектов Future .......................................127 Отмена асинхронных вычислений ...........................................................................128 Объекты Future и блокировка выполнения ..................................................................130 Ожидание завершения Future ...................................................................................130 Блокировка в асинхронных вычислениях ................................................................131 Библиотека Scala Async ..................................................................................................132 Альтернативные фреймворки асинхронных вычислений ..........................................134 В заключение .................................................................................................................135 Упражнения.....................................................................................................................136 Глава 5. Параллельные коллекции данных ............................................................139 Краткий обзор коллекций в Scala ..................................................................................140 Использование параллельных коллекций ....................................................................140 Иерархия классов параллельных коллекций ............................................................144 Настройка уровня параллелизма ..............................................................................146 Измерение производительности в JVM ....................................................................146 Особенности параллельных коллекций ........................................................................149 Непараллелизуемые коллекции ................................................................................149 Непараллелизуемые операции ..................................................................................150 Побочные эффекты в параллельных операциях ......................................................152 Недетерминированные параллельные операции ....................................................153 Коммутативность и ассоциативность операторов ...................................................154 Совместное использование параллельных и конкурентных коллекций ...................155 Слабо согласованные итераторы ...............................................................................156 Реализация собственных параллельных коллекций ....................................................157 Сплиттеры ...................................................................................................................158 Комбинаторы ..............................................................................................................161 В заключение ..................................................................................................................163 Упражнения.....................................................................................................................164 Глава 6. Конкурентное программирование с Reactive Extensions .....................166 Создание объектов Observable .......................................................................................167 Объекты Observable и исключения ...........................................................................169 Контракт наблюдаемого объекта ..............................................................................170 Реализация собственных объектов Observable ........................................................172
Содержание 7 Создание наблюдаемых объектов из объектов Future .............................................173 Подписки .....................................................................................................................174 Объединение объектов Observable ................................................................................176 Вложенные наблюдаемые объекты ...........................................................................178 Обработка ошибок в наблюдаемых объектах ...........................................................182 Планировщики Rx ...........................................................................................................184 Использование собственных планировщиков в приложениях с графическим интерфейсом .....................................................................................185 Субъекты и реактивное программирование сверху вниз ............................................190 В заключение ..................................................................................................................194 Упражнения.....................................................................................................................194 Глава 7. Программная транзакционная память ......................................................197 Недостатки атомарных переменных ............................................................................198 Использование программной транзакционной памяти .............................................201 Транзакционные ссылки............................................................................................204 Использование инструкции atomic ...........................................................................205 Комбинирование транзакций ........................................................................................206 Взаимодействие транзакций и побочные эффекты ................................................206 Транзакции с одной операцией ................................................................................210 Вложенные транзакции .............................................................................................211 Транзакции и исключения .........................................................................................214 Повторение транзакций .................................................................................................218 Повторения с тайм-аутами ........................................................................................221 Транзакционные коллекции ..........................................................................................222 Локальные переменные транзакций ........................................................................222 Транзакционные массивы .........................................................................................224 Транзакционные словари ..........................................................................................225 В заключение ..................................................................................................................226 Упражнения.....................................................................................................................227 Глава 8. Акторы .............................................................................................................230 Работа с акторами ...........................................................................................................231 Создание экземпляров и систем акторов .................................................................233 Управление необработанными сообщениями .........................................................236 Поведение и состояние актора ..................................................................................237 Иерархии акторов в Akka ...........................................................................................241 Идентификация акторов............................................................................................244 Жизненный цикл акторов .........................................................................................246 Взаимодействия между акторами .................................................................................249 Шаблон «запрос».........................................................................................................251 Шаблон «пересылка» ..................................................................................................253 Остановка акторов .....................................................................................................254 Диспетчеризация акторов .............................................................................................255 Удаленные акторы ..........................................................................................................260 В заключение ..................................................................................................................263 Упражнения.....................................................................................................................264 Глава 9. Конкуренция на практике ...........................................................................266 Выбор правильных инструментов для решения конкретных задач ...........................266 Объединяем все вместе – сетевой браузер файлов ......................................................270
Содержание Моделирование файловой системы ..........................................................................272 Интерфейс связи с сервером .....................................................................................275 Программный интерфейс навигации на стороне клиента .....................................276 Пользовательский интерфейс на стороне клиента ..................................................279 Реализация логики клиента.......................................................................................282 Усовершенствование сетевого браузера файлов .....................................................286 Отладка конкурентных программ .................................................................................287 Взаимоблокировки и отсутствие прогресса .............................................................288 Отладка ошибочных результатов ..............................................................................292 Отладка производительности ...................................................................................296 В заключение ..................................................................................................................302 Упражнения.....................................................................................................................303 Глава 10. Реакторы .......................................................................................................305 Необходимость реакторов .............................................................................................306 Введение в фреймворк Reactors ....................................................................................307 Программа «Hello World» ...............................................................................................308 Потоки событий ..............................................................................................................309 Жизненный цикл потока событий ............................................................................310 Комбинирование потоков событий ..........................................................................311 Реакторы..........................................................................................................................313 Определение и настройка реакторов ........................................................................314 Использование каналов .............................................................................................315 Планировщики ................................................................................................................317 Жизненный цикл реактора ............................................................................................319 Службы системы реакторов ...........................................................................................320 Служба журналирования ...........................................................................................321 Служба времени..........................................................................................................321 Служба каналов ..........................................................................................................322 Пользовательские службы .........................................................................................323 Протоколы .......................................................................................................................325 Собственная реализация протокола клиент-сервер ................................................325 Стандартный протокол сервер-клиент .....................................................................327 Протокол маршрутизации .........................................................................................330 Протокол двустороннего обмена ..............................................................................331 В заключение ..................................................................................................................334 Упражнения.....................................................................................................................335
Предисловие Конкурентное и параллельное программирование постепенно превращается из узкоспециализированной дисциплины, интересной только специалистам, занимающимся разработкой ядра операционной системы или высокопроизводительными вычислениями, в комплекс знаний, которыми должен обладать каждый профессиональный программист. По мере превращения параллельных и распределенных вычислений в норму большинство приложений будет создаваться конкурентными – для увеличения производительности или обработки асинхронных событий. Но пока большинство разработчиков не готово к этой революции. Возможно, уже давно они изучали традиционную модель параллельных вычислений, основанную на потоках и блокировках, но эта модель не способна обеспечить высокую надежность и приемлемую производительность в приложениях с массовым параллелизмом. В действительности потоки и блокировки сложны в использовании, а пользоваться ими правильно еще сложнее. Чтобы добиться успеха, необходимо использовать абстракции конкурентного выполнения, находящиеся на более высоком уровне и допускающие объединение. 15 лет назад я работал над предшественником Scala – экспериментальным языком Funnel со встроенной семантикой конкуренции. Все понятия программирования были реализованы в этом языке как синтаксический сахар поверх функциональных сетей, объектно-ориентированного варианта исчисления соединений процессов (join calculus). Даже притом, что исчисление соединений процессов считается замечательной теорией, после нескольких экспериментов мы поняли, что проблема конкуренции более многогранна, из-за чего ее трудно выразить единственной формулировкой. Нет общего рецепта, решающего все проблемы конкуренции; правильное решение во многом зависит от конечной цели. Хотите реализовать асинхронные вычисления, запускаемые в ответ на события или при получении потоков значений? Или получить автономные объекты, изолированные сущности, взаимодействующие друг с другом посредством сообщений? Или определить транзакции поверх изменяемого хранилища? Или, может быть, главной целью организации параллельных вычислений является увеличение производительности? Для каждой из этих задач существует своя абстракция, решающая свои проблемы: отложенные вычисления, реактивные потоки данных, акторы, транзакционная память или коллекции с поддержкой параллельных операций. Это привело нас к языку Scala и к данной книге. Из-за большого количества полезных абстракций конкуренции идея встроить их все в язык программирования не показалась нам захватывающей. Главной целью создания Scala было упрощение определения высокоуровневых абстракций в пользовательском коде и библиотеках. Благодаря этому любой сможет определять модули, реализующие разные аспекты конкурентного программирования. Все эти модули могут быть основаны на низкоуровневых примитивах, предоставляемых операционной системой. По прошествии времени можно уверенно сказать, что этот подход оправдал себя. Современный язык Scala имеет несколько мощных и элегантных библиотек для
Предисловие конкурентного программирования. Эта книга познакомит вас с некоторыми из них, объяснит область применения каждой и представит прикладные шаблоны. Трудно найти более авторитетного специалиста, чем автор этой книги. Александр Прокопец (Aleksandar Prokopec) участвовал в развитии нескольких наиболее популярных библиотек поддержки конкурентного и параллельного программирования в Scala. Он также предложил некоторые из особенно сложных структур данных и алгоритмов. В лице этой книги он создал простое и понятное руководство и одновременно надежный справочник для области, в которой он работает. Я уверен, что книгу «Конкурентное программирование на Scala» должен прочитать каждый, кто пишет конкурентные и параллельные программы на Scala. Я также предполагаю, что она заинтересует всех, кто просто желает узнать больше об этой интереснейшей и быстро развивающейся области компьютерных вычислений. Мартин Одерски (Martin Odersky), профессор федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), создатель Scala
Доступ онлайн
679 ₽
В корзину