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Programmation concurrente en Java

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Présentation des solutions Java SE, Java EE et Spring de programmation concurrente.

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Programmation concurrente en Java

  1. 1. Programmation concurrente en Java Florian Beaufumé 03/2017
  2. 2. Florian Beaufumé • Architecte logiciel Java et web • Freelance • florian.beaufume@adeliosys.fr • www.adeliosys.fr • www.linkedin.com/in/fbeaufume • fr.slideshare.net/fbeaufume
  3. 3. • Concepts • Java SE • Java EE et Spring Sommaire
  4. 4. Concepts
  5. 5. • "Le nombre de transistor double tous les deux ans" • "La fréquence double chaque 1,5 année" Lois de Moore
  6. 6. • Concurrence : • Des tâches qui peuvent se chevaucher • Alternées ou pas • Parallélisme : • Exécution simultanées au niveau matériel Concurrence vs parallélisme
  7. 7. • Gain maximal de latence suivant la part parallélisable du traitement Loi d'Amdahl
  8. 8. • Processus découpé en threads • Natif vs green • Ordonnancement préemptif vs coopératif • Time slicing • Fonctionnalités de distribution et coordination • Bénéfices • Utilisation des ressources • Réactivité • Couts • Complexité de conception et débugging • Ressources par thread et context switching Modèle multi-threads
  9. 9. • Thread safe < Immutable < Stateless • Section critique • Opération atomique • Contention • Deadlock • Starvation Définitions
  10. 10. Java SE
  11. 11. • Concurrence intégrée au langage • Basé sur des threads : • Nom • Priorité : 1 à 10 • Daemon ou pas • Etat : NEW, RUNNABLE, BLOCKED, WAITING, etc. • Pile d'appel • Exemple : • Mémoire partagée suivant le Java Memory Model Java 1.0
  12. 12. Java 1.0 - Threads de base
  13. 13. • Synchronisation de threads pour accéder à des données Java 1.0 - Synchronized
  14. 14. • Permet d'implémenter un scope request : • Sécurité (identité, droits) • Transaction • Tenant • Java 1.2 : InheritableThreadLocal Java 1.0 - ThreadLocal
  15. 15. • Exemple java.util.Timer : • Un thread par timer • Pas de garantie d'exécution Java 1.3 - Timers
  16. 16. • Ajout de java.util.concurrent, merci Doug Lea • Java Memory Model • Interactions entre les threads et la mémoire • "Happens before" • Volatile : • R et W en mémoire principale plutôt que sur cache CPU • Rend R et W 64 bits (long et double) atomique • Mais pas un incrément • Permet de la synchronisation simple Java 5
  17. 17. • Volatile seul • Synchronized en écriture + volatile Java 5 - Volatile
  18. 18. • Singleton lazy loadé classique • Via double checked locking Java 5 - Double checked locking
  19. 19. • ReentrantLock • ReentrantReadWriteLock Java 5 - Locks
  20. 20. • Coordination de threads sur des étapes Java 5 - CountDownLatch main workers await() countdown()
  21. 21. • Map<K, V> • Hashtable : synchronisée, clés et valeurs non null • HashMap : pas synchronisée, accepte clés et valeurs nulles • ConcurrentMap<K, V> • Etend Map<K, V> • Méthodes atomiques comme putIfAbsent(key, value) • ConcurrentHashMap, implémentation efficace Java 5 - ConcurrentHashMap
  22. 22. • Exécution de tâches sur pool de threads Java 5 - Executors (1/2) Executor Executor Service ThreadPool Executor Interfaces Classes Scheduled Executor Service Scheduled ThreadPool Executor void execute(Runnable) Supporte Future, ex : Future<T> submit(Callable<T> task) Supporte scheduling, ex : ScheduledFuture scheduleAtFixedRate( Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit)
  23. 23. Java 5 - Executors (2/2)
  24. 24. • Nombres atomiques • Semaphore • Et d'autres Java 5 - Divers
  25. 25. • Equivalent mono-JVM de MapReduce • Décompose une tache en sous-taches et recompose le résultat final • Fonctionne par work-stealing • Etendre RecursiveAction (si pas de résultat) ou RecursiveTask (si résultat) Java 7 - Fork/join (1/2)
  26. 26. Java 7 - Fork/join (2/2)
  27. 27. • Adder • Bonnes performances (reporte les ajouts si besoin) • Accumulator • Généralisation de l'Adder Java 8 - Adders et accumulators
  28. 28. Java 8 - StampedLock (1/2) synchronized synchronized (W) et volatile ReentrantLock ReentrantRWLock StampedLock Simplicité Bonnes perfs en lecture Ajout de fonctionnalités (timed wait, try lock, etc.) Bonnes perfs en lecture Bonnes perfs, fonctionnalités (upgrade de lock R en W, etc.) Fonctionnalités
  29. 29. Java 8 - StampedLock (2/2)
  30. 30. • Execution dans le ForkJoinPool commun • Parallélisme du ForkJoinPool commun : • Par system property : • -Djava.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism=7 • Sinon Runtime.getRuntime().availableProcessors() - 1 • Le thread courant aussi est utilisé • Ou dans un ForkJoinPool custom Java 8 - Parallel streams (1/2)
  31. 31. • Pas toujours plus performant, varie suivant : • Type de collection : ArrayList plutôt que LinkedList • Nature du traitement • Taille de "N*Q" (nb d'élément * cout par élément) • Nombre de cœurs, il faut > 1 • Mesurer les deux • Par défaut utilisent tous le ForkJoinPool commun • Attention aux lambdas stateful Java 8 - Parallel streams (2/2)
  32. 32. • Classe qui implémente Future et CompletionStage • Pour combiner/chainer des actions • Syntaxe fonctionnelle Java 8 - CompletableFuture
  33. 33. Java EE et Spring
  34. 34. • Modèle "thread-per-request" avec pools de thread (HTTP/Servlet, EJB) • Solutions Java SE fonctionnent mais… • … utiliser les threads du framework • Contextes de sécurité et de transaction • Modèles de composants (Servlet, EJB, Spring, etc) : • Cycle de vie et scope : request, session, etc. • Modèle de concurrence, voir de locking Principes généraux
  35. 35. • Servlet • SingleThreadModel est déprécié • Une instance pour toutes les requêtes, donc thread-safe • Spring et CDI • Concurrence manuelle via solutions de Java SE • EJB session singleton • @ConcurrencyManagement : container ou bean • @AccessTimeout • @Lock : read ou write • Autres Concurrence des composants
  36. 36. • EJB 3.1 (Java EE 6) • Spring 3 ou Spring Data • CDI • Peut s'implémenter via intercepteur maison • Evènements asynchrones de CDI 2 (Java EE 8) Méthodes asynchrones
  37. 37. • Concurrency Utilities (Java EE 7) • Spring Executors
  38. 38. • EJB 3.1 Timer Service (Java EE 6) • Concurrency Utilities (Java EE 7) • Spring 3 Scheduling
  39. 39. • Concurrence d'accès aux données entre requêtes utilisateurs • "Transaction longue" quand plusieurs transactions de BD • Solutions : locking optimiste ou pessimiste Locking de persistance R1 W1 R2 W2 t Conflit
  40. 40. • Fonctionnement • OptimisticLockException en cas de problème • Pour faible taux de conflits • Bénéfices • Scalabilité • Portabilité • Inconvénients • Gérer le conflit : reload, force, merge Locking optimiste R W t version=3 version=4 JPA Hibernate"update … where version=3""select …"
  41. 41. • Fonctionnement • Pour fort taux de conflits • Bénéfices • Simplicité • Inconvénients • Contention • Pour transactions courtes Locking pessimiste par la base R W t "select … for update" "update …" JPA 2 Hibernate
  42. 42. • Fonctionnement • Table de lock (id, entityClass, entityId, userId, date) • Pour fort taux de conflits • Bénéfices • Fonctions avancées (monitoring, historisation, etc) • Inconvénients • Mode édition dans l'UI • Gérer l'expiration des locks • Plus d'accès à la base • Contention Locking pessimiste applicatif R W t JPA Hibernate Lock Unlock
  43. 43. florian.beaufume@adeliosys.fr www.adeliosys.fr www.linkedin.com/in/fbeaufume fr.slideshare.net/fbeaufume Merci

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