Чистый код. Создание, анализ и рефакторинг

Фьючерсы удобны в тех ситуациях, когда код должен выполнить несколько независимых операций и дождаться их завершения:

public String processRequest(String message) throws Exception {

    Callable makeExternalCall = new Callable() {

        public String call() throws Exception {

            String result = "";

            // Внешний запрос

            return result;

        }

    };

    Future result = executorService.submit(makeExternalCall);

    String partialResult = doSomeLocalProcessing();

    return result.get() + partialResult;

}

В этом примере метод запускает на выполнение объект makeExternalCall, после чего переходит к выполнению других действий. Последняя строка содержит вызов result.get(), который блокирует выполнение вплоть до завершения фьючерса.

Неблокирующие решения

Виртуальная машина Java 5 пользуется особенностями архитектуры современных процессоров, поддерживающих надежное неблокирующее обновление. Для примера возьмем класс, использующий синхронизацию (а следовательно, блокировку) для реализации потоково-безопасного обновления value,

public class ObjectWithValue {

    private int value;

    public void synchronized incrementValue() { ++value; }

    public int getValue() { return value; }

}

В Java 5 для этой цели появился ряд новых классов. AtomicBoolean, AtomicInteger и AtomicReference – всего лишь три примера; есть и другие. Приведенный выше фрагмент можно переписать без использования блокировки в следующем виде:

public class ObjectWithValue {

    private AtomicInteger value = new AtomicInteger(0);

    public void incrementValue() {

        value.incrementAndGet();

    }

    public int getValue() {

        return value.get();

    }

}

Хотя эта реализация использует объект вместо примитива и отправляет сообщения (например, incrementAndGet()) вместо ++, по своей производительности этот класс почти всегда превосходит предыдущую версию. Иногда приращение скорости незначительно, но ситуации, в которых он бы работал медленнее, практически не встречаются.

Как такое возможно? Современные процессоры поддерживают операцию, которая обычно называется CAS (Compare and Swap). Эта операция является аналогом оптимистичной блокировки из теории баз данных, тогда как синхронизированная версия является аналогом пессимистичной блокировки.

Ключевое слово synchronized всегда устанавливает блокировку, даже если второй поток не пытается обновлять то же значение. Хотя производительность встроенных блокировок улучшается от версии к версии, они по-прежнему обходятся недешево.

Неблокирующая версия изначально предполагает, что ситуация с обновлением одного значения множественными потоками обычно возникает недостаточно часто для возникновения проблем. Вместо этого она эффективно обнаруживает возникновение таких ситуаций и продолжает повторные попытки до тех пор, пока обновление не пройдет успешно. Обнаружение конфликта почти всегда обходится дешевле установления блокировки, даже в ситуациях с умеренной и высокой конкуренцией.

Как VM решает эту задачу? CAS является атомарной операцией. На логическом уровне CAS выглядит примерно так:

int variableBeingSet;

void simulateNonBlockingSet(int newValue) {

    int currentValue;

    do {

        currentValue = variableBeingSet

    } while(currentValue != compareAndSwap(currentValue, newValue));

}

int synchronized compareAndSwap(int currentValue, int newValue) {

    if(variableBeingSet == currentValue) {

        variableBeingSet = newValue;

        return currentValue;

    }

    return variableBeingSet;

}

Когда метод пытается обновить общую переменную, операция CAS проверяет, что изменяемая переменная все еще имеет последнее известное значение. Если условие соблюдается, то переменная изменяется. Если нет, то обновление не выполняется, потому что другой поток успел ему «помешать». Метод, пытавшийся выполнить обновление (с использованием операции CAS), видит, что изменение не состоялось, и делает повторную попытку.

Потоково-небезопасные классы

Некоторые классы в принципе не обладают потоковой безопасностью. Несколько примеров:

• SimpleDateFormat

• Подключения к базам данных.

• Контейнеры из java.util.

• Сервлеты.