まとめ：Java並行処理プログラミング 第１章 はじめに

Java並行処理プログラミング「第１章 はじめに」の内容をまとめたスライドです。

Java並行処理プログラミング ―その「基盤」と「最新API」を究める
http://amzn.asia/fFTkx5Z

Transcript

1. Java 並⾏処理プログラミング 第１章 はじめに By @RunnableMan
2. ⽬次 • 1-1 並⾏処理の歴史 • 1-2 スレッドの４つの利点 • 1-3 スレッドの３つのリスク • 1-4 スレッドは⾄るところにある
3. • 1-1 並⾏処理の歴史 • 1-2 スレッドの４つの利点 • 1-3 スレッドの３つのリスク • 1-4 スレッドは⾄るところにある
4. 正しい並⾏処理プログラムを書くことは難しい。 バグが発⽣しそうな場所が多くなるから！ そもそもなぜ、そんな⾯倒な並⾏処理を書くのか？ 1-1 並⾏処理の歴史
5. 古代では⼀度に⼀本のプログラムしか実⾏できなかった。 OSが進化し、プロセスと呼ばれる仕組みによって同時に複 数のプログラムを実⾏できるようになった。 1-1 並⾏処理の歴史
6. プロセス開発の動機： • 資源を有効利⽤したい あるプログラムが待機中に他のプログラムがリソース を使⽤できる • 公平性を保ちたい すべてのプログラムが平等にリソースを使⽤できる • 利便性 ⼀本の⼤きなプログラムを書くよりも、シンプルな複 数のプログラムが協調したほうが簡単 1-1 並⾏処理の歴史
7. プロセスによって複数のプログラムを処理できる。 スレッドによって、⼀つのプログラムの中に複数の処理の 流れが共存できる。 現代的なOSはスレッドをスケジューリングの単位として 扱っている。 1-1 並⾏処理の歴史 http://www.cs.miami.edu/home/wuchtys/CSC322-17S/Content/UNIXProgramming/UNIXThreads.shtml
8. スレッドはプロセスの資源を共有したり、 しなかったりする • 共有する メモリ、ファイルハンドラなど • 共有しない プログラムカウンター、スタック、ローカル変数など 1-1 並⾏処理の歴史
9. 複数のスレッドが同じ変数にアクセスし、同じヒープの上 にオブジェクトを作ってしまう。 共有データへのアクセスを明⽰的に 同期化する必要がある！ そうしないと、あるデータをあるスレッドが 使っているときに他のスレッドがその値を 変えたりして、とんでもない処理結果になる 1-1 並⾏処理の歴史
10. • 1-1 並⾏処理の歴史 • 1-2 スレッドの４つの利点 • 1-3 スレッドの３つのリスク • 1-4 スレッドは⾄るところにある
11. ①マルチプロセッサの有効利⽤ • マルチプロセッサが当たり前になっている • 複数のスレッドが複数のプロセッサ上で 同時並⾏的に動く 1-2 スレッドの４つの利点
12. ②設計の単純化 • ⼀種類の仕事を逐次的に処理するプログラムは、 複数の異なる種類の仕事を管理するプログラムより 簡単に書けてエラーが少ない。 • テストも容易 1-2 スレッドの４つの利点
13. ③⾮同期イベント処理の単純化 • シングルスレッドの場合、I/O待ちになっても他の スレッドができるできるよう、 ノンブロッキングI/Oを使う必要はある。 しかし、同期I/Oに⽐べて相当複雑でエラーも 多くなる。 • OSが⼤量のスレッドをサポートすることで、 同期I/Oでも実⽤性がある。 1-2 スレッドの４つの利点
14. ④応答性の良いユーザ・インタフェイス • プーリングでは遅延が発⽣するし、イベントループは ⻑い処理が実⾏されている間、GUIがフリーズする⽋点 がある • 現代的なGUIフレームワークは イベントディスパッチスレッドを使⽤し、 イベントハンドラがイベントスレッドの中で 実⾏される。 • ⻑時間実⾏される処理を別スレッドで 実⾏することでUIの応答性がずっと良くなる 1-2 スレッドの４つの利点
15. • 1-1 並⾏処理の歴史 • 1-2 スレッドの４つの利点 • 1-3 スレッドの３つのリスク • 1-4 スレッドは⾄るところにある
16. ①安全性の危機 • 同期化が不適切だと、複数のスレッドの実⾏順が 予測不可能な運任せになる。 ②⽣存の危機 • デッドロック、飢餓状態、ライブロックによって プログラムがハングして前に進めなくなる。 ③実⾏性能の危機 • スレッドの数が多いと、スケジューリングに 消費される時間が⻑くなる。 • 同期化によってコンパイラの最適化が ⾏われなくなる。 1-3 スレッドの３つのリスク
17. ①安全性の危機 getNext がスレッドセーフではないため、 実⾏タイミングによって複数のスレッドが 同じ結果を受け取る public class UnsafeSequence { private int nextValue; public int getNext() { return nextValue++; } } これは並⾏処理のよくある危機状態で、 競り合い状態（race condition）と呼ばれる。 1-3 スレッドの３つのリスク
18. ①安全性の危機 同期化がないとコンパイラ、ハードウェア、ランタイムは アクションのタイミングと順序を勝⼿に決めてしまう。 • 変数をレジスタにキャッシュしたり • 他のスレッドから⼀時的に⾒えないプロセッサのロー カルキャッシュに⼊れたり 実⾏性能を上げるためだが、開発者がデータの所在を常に 知っておく必要がある。 1-3 スレッドの３つのリスク
19. ②⽣存の危機 • 安全性 悪いことが起こらない • ⽣存 プログラムが最後まで正しく動いて良い結果を⽣む デッドロック、飢餓状態、ライブロックによってプログラ ムがハングして前に進めなくなる。 原因究明が困難で、開発やテスト時に再現できないことが ある。 1-3 スレッドの３つのリスク
20. ③実⾏性能の危機 実⾏性能には様々な要素が絡む。 処理時間、応答性、スループット、資源の消費、 スケーラビリティなど。 スレッドそのものがタイムラインのオーバヘッドを ある程度どうしても抱える。 スレッドの数が多いとコンテキストスイッチが頻繁に 発⽣し、CPU時間がスレッドの実⾏ではなく スケジューリングに消費される。 1-3 スレッドの３つのリスク
21. ③実⾏性能の危機 さらに、同期化によって実⾏性能が低下する。 • コンパイラの最適化が禁じられる • メモリ上のキャッシュのフラッシュや無効化される • 共有メモリのバス上に同期化のための トラフィックが⽣じる 1-3 スレッドの３つのリスク
22. • 1-1 並⾏処理の歴史 • 1-2 スレッドの４つの利点 • 1-3 スレッドの３つのリスク • 1-4 スレッドは⾄るところにある
23. どのJavaアプリケーションもスレッドを使う！ • JVMをスタートすると、GCのためのスレッドと mainメソッドを動かすスレッドが作られる • GUIフレームワークがイベントを管理するための スレッドを作る • Timerはタスクを⼀定時間後に実⾏するための スレッドを作る 1-4 スレッドは⾄るところにある
24. スレッドを利⽤する機能を使うためには、 開発者も並⾏処理やスレッドセーフ性について よく知る必要がある。 1-4 スレッドは⾄るところにある
25. フレームワークは、アプリケーションの各部位を フレームワークのスレッドを呼び出すことによって アプリケーションに並⾏処理を持ち込む。 それらの部位は必然的にアプリケーションの ステートにアクセスする。 そこで、ステートにアクセスするすべての コードパスがスレッドセーフである必要がある。 1-4 スレッドは⾄るところにある
26. 以上。 ありがとうございました。 By @RunnableMan