java.util.concurrent। भाग एक: क्यों और क्यों?

भाग एक, जिसमें बहुत सारे शब्द इस एपीआई के अस्तित्व के अर्थ को प्रकट करते हैं
यह लेख, हालांकि एक सीधा अनुवाद नहीं है, यह JDK 5.0 में ब्रायन गोएट्ज कॉनएरेबिलिटी के लेख पर आधारित है


थ्रेड्स आपको एक आधुनिक कंप्यूटर के सभी उपलब्ध तार्किक प्रोसेसर का उपयोग करने की अनुमति देते हैं, चाहे वह डेस्कटॉप या सर्वर हो, और इस प्रकार संभवतः एक ही समय में अधिक संचालन करते हैं।

हालांकि, मल्टी-कोर प्रोसेसर के बड़े पैमाने पर दिखने से बहुत पहले आधुनिक ऑपरेटिंग सिस्टम द्वारा थ्रेड्स लागू किए गए थे। हमें यूनिप्रोसेसर सिस्टम पर थ्रेड्स की आवश्यकता क्यों है?

इसके कई कारण हैं

1. उत्तरदायी जीयूआई। लंबे ऑपरेशन को एक अलग थ्रेड में किया जा सकता है, जबकि एप्लिकेशन कीबोर्ड और माउस से घटनाओं को संभालने में सक्षम है।
2. संसाधनों के अधिक कुशल उपयोग की संभावना: प्रोसेसर, मेमोरी, हार्ड ड्राइव और नेटवर्क। जबकि थ्रेड्स में से एक बेकार है, फ़ाइल रीडिंग ऑपरेशन के पूरा होने की प्रतीक्षा कर रहा है, दूसरा धागा इस समय क्लाइंट के साथ नेटवर्क कनेक्शन स्थापित कर सकता है, और तीसरा किसी तरह के अनुरोध को संसाधित कर सकता है।
3. फ्लो-ऑन-रिक्वेस्ट मॉडल की सादगी और पृष्ठभूमि प्रणाली प्रक्रियाओं का विचार। ऑपरेटिंग सिस्टम के विवेक पर प्रोसेसर संसाधन के वितरण के विवरण को छोड़कर, हमें स्वयं अनुरोध को संसाधित करने पर कार्यक्रम को केंद्रित करने का अवसर मिलता है। हम कुछ कार्यों (उदाहरण के लिए, कचरा संग्रह या एक सिस्टम डिबगर) को अलग-अलग थ्रेड में अलग कर सकते हैं, और इस प्रकार "अदृश्य रूप से" प्रोग्राम में नए गुण जोड़ सकते हैं।

पहले दो बिंदु अधिकतर स्पष्ट हैं, तीसरा मैं अधिक विस्तार से लिखूंगा।

अनिवार्य प्रोग्रामिंग में, मनुष्यों द्वारा आविष्कृत और एल्गोरिदम अनुक्रमिक निर्देश हैं जो एक डेटा (इनपुट) को दूसरे (आउटपुट) में परिवर्तित करते हैं। आमतौर पर ये केवल एकल-थ्रेडेड एल्गोरिदम हैं, जब कार्य को एक समय में इनपुट मानों के एक सेट तक सरल किया जाता है और एल्गोरिथ्म को तब तक निष्पादित किया जाता है जब तक कि इसके कार्य का परिणाम प्राप्त नहीं हो जाता।

हालाँकि, एकल अनुरोध के लिए एक एल्गोरिथ्म नहीं बनाया गया है। यदि आपको बड़ी मात्रा में इनपुट डेटा को संसाधित करने की आवश्यकता है, तो कुल प्रसंस्करण समय को कम करने या प्रसंस्करण गति को बढ़ाने की इच्छा है (और इस प्रकार प्रोसेसर के थ्रूपुट को बढ़ाएं)। इस मामले में सबसे आसान तरीका अधिक एकल-थ्रेडेड एल्गोरिदम रखना और उन्हें समानांतर में काम करना है। यह संभव है कि किसी तरह साझा संसाधनों तक पहुंच और उनके कार्यान्वयन का समन्वय हो, लेकिन यह आमतौर पर एक नए एल्गोरिथ्म को विकसित करने की तुलना में बहुत सरल है जो एक समय में एक से अधिक डेटा सेट कर सकता है (ऐसे एल्गोरिथ्म को न केवल विकसित करने की आवश्यकता है, बल्कि साबित भी है)। इसे फ्लो-ऑन-रिक्वेस्ट मॉडल की सरलता से समझा जाता है।

मुझे नहीं पता कि पहले क्या पैदा हुआ था - एक स्ट्रीम पर कई एल्गोरिदम लगाने का विचार, या एक अधिक सामान्य समस्या को हल करने के लिए, धाराओं में विभिन्न एल्गोरिदम का उपयोग करने और उन्हें बातचीत करने का विचार। सबसे पहले की संभावना है, लेकिन लेख उस बारे में नहीं है। वास्तविकता यह है कि एक साधारण आधुनिक अनुप्रयोग वस्तुओं के एक सेट के रूप में डिज़ाइन किया गया है जो एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। इसके अलावा, उपरोक्त चार कारणों से, कई धागे भी हैं जो एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।

मल्टी-थ्रेडेड एप्लिकेशन को प्रोग्रामिंग करते समय प्रत्येक आश्वस्त प्रोग्रामर, कई (संभवतः सभी) थ्रेड्स के लिए मेमोरी में साझा किए गए डेटा का उपयोग करता है। कुछ डेटा प्रवाह को समन्वित करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, उदाहरण के लिए, एक बड़ी फ़ाइल की एक प्रतिलिपि को पूरा करने के लिए शर्तें, अन्य धाराओं के लिए वस्तुओं की स्थिति के बारे में सामान्य जानकारी संग्रहीत करते हैं, उन्हें साझा पहुंच प्रदान करते हैं, उदाहरण के लिए, एक स्प्रेडशीट या कंपनी के कर्मचारियों की सूची जो स्क्रीन पर प्रदर्शित होती हैं; तीसरा डेटा कंप्यूटिंग, कई सूत्र प्रदर्शन करने का लक्ष्य हो सकता है, उदाहरण के लिए, इस ब्लॉग की टिप्पणी फ़ीड या साइट आगंतुकों का काउंटर।

बहु-थ्रेडेड वातावरण में ऐसे डेटा पर संचालन की शुद्धता किसी भी अनुप्रयोग की एक महत्वपूर्ण विशेषता है। असल में, शुद्धता की यह आवश्यकता इस तथ्य से उबलती है कि किसी भी धागे को साझा संसाधन की आंतरिक रूप से असंगत स्थिति का पालन नहीं करना चाहिए। यह आमतौर पर साझा डेटा पर सभी संचालन की परमाणुता की आवश्यकता द्वारा प्राप्त किया जाता है - पहुंच और परिवर्तन दोनों।

चूंकि डेटा जावा में ऑब्जेक्ट्स हैं, इन ऑब्जेक्ट्स की कक्षाएं जो कई थ्रेड्स से कॉल को संभालेंगी वे थ्रेड सुरक्षा के अधीन हैं। इसका क्या मतलब है? यह है बेशक इसका मतलब है कि ऑब्जेक्ट के तरीकों को कॉल करना सुरक्षित होगा, जो निश्चित रूप से सही है, लेकिन यह हमें यह समझने में मदद नहीं करता है कि क्लास थ्रेड सुरक्षा क्या है।

सबसे पहले, थ्रेड-सुरक्षित क्लास को एकल-थ्रेडेड वातावरण में सही तरीके से व्यवहार करना चाहिए। यदि वर्ग सही ढंग से प्रोग्राम किया गया है, अर्थात, इसके विनिर्देश से मेल खाता है, तो इसका मतलब है कि किसी भी क्रम में सार्वजनिक विधियों को कॉल करने और सार्वजनिक क्षेत्रों पर किसी भी संचालन से गलत आंतरिक स्थिति पैदा नहीं होगी, गलत राज्य में ऑब्जेक्ट को देखने की अनुमति नहीं देगा, वर्ग के किसी भी उल्लंघन का उल्लंघन नहीं करेगा, न ही इसके पूर्व या बाद के कोई भी।

दूसरे, थ्रेड-सेफ क्लास को कॉल कोड द्वारा अतिरिक्त सिंक्रनाइज़ेशन के बिना एक बहु-थ्रेडेड वातावरण में सही ढंग से व्यवहार करना जारी रखना चाहिए, अर्थात, ऊपर दिए गए अनुक्रम की परवाह किए बिना उस क्रम का भी सम्मान किया जाना चाहिए जिसमें ऑपरेटिंग सिस्टम विभिन्न वर्ग विधियों के निर्देशों को वैकल्पिक करने का निर्णय लेता है।

नतीजतन, विभिन्न थ्रेड्स द्वारा किसी ऑब्जेक्ट की स्थिति में सभी परिवर्तन सुसंगत दिखना चाहिए और कॉलिंग कोड में अतिरिक्त प्रयासों के बिना सही क्रम है, और ऑपरेटिंग सिस्टम को क्लास डेवलपर द्वारा अनुमत ढांचे के भीतर इन परिवर्तनों को वैकल्पिक करने का अवसर मिलता है।

संस्करण 5.0 से पहले, कक्षाओं की थ्रेड सुरक्षा गुणों को स्थापित करने के लिए एकमात्र JDK उपकरण सिंक्रनाइज़ किए गए कीवर्ड का उपयोग करके तरीकों और ब्लॉकों के निष्पादन को सिंक्रनाइज़ कर रहे थे, और आंतरिक ऑब्जेक्ट लॉक और वाष्पशील चर का उपयोग करके इंटरैक्शन किया गया था। यह लाखों आधुनिक प्रोग्रामर के लिए पर्याप्त नहीं था, इसलिए उनमें से सबसे अधिक सक्रिय, डौग ली के नाम से, जावा में पुस्तक समवर्ती प्रोग्रामिंग लिखा। पुस्तक में वर्णित कई विचारों ने JSR 166 के आधार का गठन किया: कॉनएरेबिलिटी यूटिलिटीज और परिणामस्वरूप java.util.concurrent API की सामान्य छतरी के नीचे, थ्रेड इंटरैक्शन के कार्यों को सुविधाजनक बनाने के लिए JDK 5.0 में कई नए उच्च-स्तरीय उपकरण जोड़े गए थे: डेटा संरचनाओं को अवरुद्ध करना, विभिन्न तुल्यकालन उपकरण, और कई। अन्य दिलचस्प बातें जो मैं अगले भाग में चर्चा करूंगा।