Чистый код. Создание, анализ и рефакторинг

[PPP]: Agile Software Development: Principles, Patterns, and Practices, Robert C. Martin, Prentice Hall, 2002.

[DDD]: Domain Driven Design, Eric Evans, Addison-Wesley, 2003.

Приложение А. Многопоточность II

Бретт Л. Шухерт

Данное приложение дополняет и углубляет материал главы «Многопоточность», с. 207. Оно написано в виде набора независимых разделов, которые можно читать в произвольном порядке. Чтобы такое чтение было возможно, материал разделов частично перекрывается.

Пример приложения «клиент/сервер»

Представьте простое приложение «клиент/сервер». Сервер работает в режиме ожидания, прослушивая сокет на предмет клиентских подключений. Клиент подключается и отправляет запросы.

Сервер

Ниже приведена упрощенная версия серверного приложения. Полный исходный код примера приводится, начиная со с. 385.

ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8009);

while (keepProcessing) {

    try {

        Socket socket = serverSocket.accept();

        process(socket);

    } catch (Exception e) {

        handle(e);

    }

}

Приложение ожидает подключения, обрабатывает входящее сообщение, а затем снова ожидает следующего клиентского запроса. Код клиента для подключения к серверу выглядит так:

private void connectSendReceive(int i) {

    try {

        Socket socket = new Socket("localhost", PORT);

        MessageUtils.sendMessage(socket, Integer.toString(i));

        MessageUtils.getMessage(socket);

        socket.close();

    } catch (Exception e) {

        e.printStackTrace();

    }

}

Как работает пара «клиент/сервер»? Как формально описать ее производительность? Следующий тест проверяет, что производительность является «приемлемой»:

@Test(timeout = 10000)

public void shouldRunInUnder10Seconds() throws Exception {

    Thread[] threads = createThreads();

    startAllThreadsw(threads);

    waitForAllThreadsToFinish(threads);

}

Чтобы по возможности упростить пример, я исключил из него подготовительный код (см. «ClientTest.java», с. 387). Тест предполагает, что обработка должна быть завершена за 10 000 миллисекунд.

Перед нами классический пример оценки производительности системы. Система должна завершить обработку серии клиентских запросов за 10 секунд. Если сервер сможет обработать все клиентские запросы за положенное время, то тест пройдет.

А что делать, если тест завершится неудачей? В однопоточной модели практически невозможно как-то ускорить обработку запросов (если не считать реализации цикла опроса событий). Сможет ли многопоточная модель решить проблему? Может, но нам необходимо знать, в какой области расходуется основное время выполнения. Возможны два варианта:

• Ввод/вывод – использование сокета, подключение к базе данных, ожидание подгрузки из виртуальной памяти и т.д.

• Процессор – числовые вычисления, обработка регулярных выражений, уборка мусора и т.д.

В системах время обычно расходуется в обеих областях, но для конкретной операции одна из областей является доминирующей. Если код в основном ориентирован на обработку процессором, то повышение вычислительной мощности способно улучшить производительность и обеспечить прохождение теста. Однако количество процессорных тактов все же ограничено, так что реализация многопоточной модели в процессорно-ориентированных задачах не ускорит их выполнения.

С другой стороны, если значительное время в выполняемом процессе расходуется на операции ввода/вывода, то многопоточная модель способна повысить эффективность работы. Пока одна часть системы ожидает ввода/вывода, другая часть использует время ожидания для выполнения других действий, обеспечивая более эффективное использование процессорного времени.

Реализация многопоточности

Допустим, тест производительности не прошел. Как повысить производительность и обеспечить прохождение теста? Если серверный метод process ориентирован на ввод/вывод, одна из возможных реализаций многопоточной модели выглядит так:

void process(final Socket socket) {

    if (socket == null)

        return;

    Runnable clientHandler = new Runnable() {

        public void run() {

            try {

                String message = MessageUtils.getMessage(socket);

                MessageUtils.sendMessage(socket, "Processed: " + message);

                closeIgnoringException(socket);

            } catch (Exception e) {