Многопоточное программирование на Java.

Зачем нужны многопоточные приложения и какие есть ограничения. Как устроена память в Java и как она ограничивает многопоточные приложения и создает основные сложности

Как создать поток. Как проектировать работу потоков. Какие бывают потоки. Потоки-демоны, виртуальные потоки. Когда применять и те и другие.

Как переиспользовать поток и как создавать пулы потоков. Зачем это нужно. Какие пулы и когда использовать. Пишем свои пулы потоков самостоятельно.

Используем существующие в Джаве пулы потоков. Обсуждаем возможности пулов потоков. Как правильно использовать их в штатных и исключительных ситуациях.

Понятия потокобезопасных приложений. Разбираем состояния потоков и цикл жизни потока. Пишем потокобезопасные приложения с помощью монитора (synchronized). Как устроен waiting set. Какие тонкости его работы. Разбираем основные ошибки и ограничения.

Lock striping — подход шардирования локов, используемый в высоконагруженных приложениях. Малоизвестный, но очень важный шаблон.

С решения проблем, которые не может решить Synchronized/Waiting Set, мы перейдем к теме локов. Локи более гибкие, имеют ряд уникальных возможностей. Мы изучим существующие типы локов и оценим их производительность для различных ситуаций. Применим к ним lock striping. Включенные локи — Reentrant/ReadWrite/Stamped.

Неблокирующие подходы. Потокобезопасные решения для высоких нагрузок. Используем неблокирующий подход (lock free с помощью CAS и VarHandler). Используем lock striping и воссоздадим некоторые производительные классы java.

Переходим к разбору существующих компонентов в java.util.concurrent. Разберем все предоставляемые решения. Зачем то или иное решение существует. Когда и как правильно ипользовать. Рассмотрим: Future/CompletableFuture, ThreadLocal, Phaser, CyclicBarrier, Semaphore. Включая новые ScopedValues, Structured Concurrency (которые еще в preview)

Рассмотрим атомики и многопоточные коллекции. Оценим, какие из них производительные, и сравним их с обычным блокирующим подходом. Посмотрим, что внутри наиболее популярных решений таких, как ConcurrentHashMap. Разберемся, из чего исходить, выбирая ту или иную коллекцию.

Как многопоточка устроена в асинхронщине. Воспользуемся Spring Reactive и сравним его с Virtual Threads.

Как использовать parallel streams, что находится внутри. Какие есть ограничения и как их обходить. Какие есть проблемы и наиболее частые ошибки при использовании parallel streams.

Изучим решения с требованиями к низкой задержке (low latency). Закроем такие темы как Padding/contended. Воспользуемся внешними библиотеками Disruptor, Chronicle collections. Affinity Lock.

Вернемся к теории и разберемся с таким понятием как happens before. Рассмотрим какие подходы существуют для создания потокобезопасных решений — volatile/atomic/ordering/visibility.

Во время занятий узнаем как тестировать многопоточные решения с помощью разных библиотек. Используем JMH и Jcstress для тестирования приложений на потокобезопаность.

После каждого занятия будет выдана домашняя работа и запись её решения. Во время решения я пройдусь по пройденным темам и раскрою некоторые аспекты тех или иных проблем.