Многопоточное программирование

В отличие от многих других языков программирования, Java предлагает встроенную поддержку многопоточного программирования. Многопоточная программа содержит две или более частей, которые могут выполняться одновременно. Каждая часть такой программы называется потоком (thread), и каждый поток задает отдельный путь выполнения. То есть, многопоточность — это специализированная форма многозадачности.

Вы почти наверняка знакомы с многозадачностью, поскольку она поддерживается практически всеми современными операционными системами. Однако существуют два отдельных типа многозадачности: многозадачность, основанная на процессах, и многозадачность, основанная на потоках. Важно понимать разницу между ними. Большинству читателей многозадачность, основанная на процессах, является более знакомой формой. Процесс по сути своей — это выполняющаяся программа. То есть многозадачность, основанная на процессах, представляет собой средство, которое позволяет вашему компьютеру одновременно выполнять две или более программ. Так, например, процессная многозадачность позволяет запускать компилятор Java в то самое время, когда вы используете текстовый редактор. В многозадачности, основанной на процессах, программа представляет собой наименьший элемент кода, которым может управлять планировщик операционной системы.

В среде поточной многозадачности наименьшим элементом управляемого кода является поток. Это означает, что одна программа может выполнять две или более задач одновременно. Например, текстовый редактор может форматировать текст в то же время, когда выполняется его печать — до тех пор, пока эти два действия выполняются двумя отдельными потоками. То есть многозадачность на основе процессов имеет дело с "картиной в целом", а потоковая многозадачность справляется с деталями.

Многозадачные потоки требуют меньше накладных расходов, чем многозадачные процессы. Процессы — это тяжеловесные задачи, каждая из которых требует своего собственного адресного пространства. Межпроцессные коммуникации дорогостоящи и ограничены. Переключение контекста от одного процесса к другому также обходится дорого. С другой стороны, потоки являются облегченными. Они разделяют одно и тоже адресное пространство и совместно используют один и тот же тяжеловесный процесс.

Коммуникации между потоками являются экономными, а переключения контекста между потоками характеризуется низкой стоимостью. Хотя Java-программы используются в средах процессной многозадачности, многозадачность, основанная на процессах, средствами Java не управляется. А вот многопоточная многозадачность средствами Java управляется.

Многопоточность позволяет вам писать очень эффективные программы, которые по максимуму используют центральный процессор, поскольку время ожидания может быть сведено к минимуму. Это особенно важно для интерактивных сетевых сред, в которых работает Java, так как в них наличие ожидания и простоев — обычное явление. Например, скорость передачи данных по сети намного ниже, чем скорость, с которой компьютер может их обрабатывать. Даже ресурсы локальной файловой системы читаются и пишутся намного медленнее, чем темп их обработки в процессоре. И, конечно, ввод пользователя намного медленнее, чем компьютер. В однопоточных средах ваша программа вынуждена ожидать окончания таких задач, прежде чем переходить к следующей — даже если центральный процессор большую часть времени простаивает. Многопоточность позволяет получить доступ к этому времени ожидания и использовать его рациональным образом.

Если вы программировали для таких операционных систем, как Windows, это значит, что вы уже знакомы с многопоточным программированием. Однако тот факт, что Java управляет потоками, делает многопоточность особенно удобной, поскольку многие детали подконтрольны вам как программисту.




Rambler's Top100