Elosztott alkalmazások készítése II.

A tárgy a tavaszi félévekben kerül meghirdetésre Programtervező Informatikus mesterszakon, a Szoftvertechnológia specializáció Osztott rendszerek technológiái című blokkjában.

Sillabusz

A tárgy keretein belül a konkurens és párhuzamos programozás fogalomrendszerével ismerkedhetünk meg. A téma bemutatása alapvetően a Java programozási nyelven keresztül történik. Az oktatás heti két óra előadásból és egy óra konzultációból áll. A kurzust vizsga zárja, mely elméleti és programozási részből épül fel. A programozási rész Java nyelven írt programmal teljesítendő. A tárgy elvégzése 3 kreditpontot ér.

Tipikus vizsgafeladat:

• elmélet
• programozás

Tematika

• Elosztott, párhuzamos és konkurrens programok. Többszálúság.
• Elosztott és megosztott memória a folyamatok közötti kommunikációban.
• Megosztott memória a szálkezelésben: stackek, heap.
• Szálak definiálása és elindítása: Thread és Runnable.
• A java.lang.Thread osztály műveletei.
• Szálak életciklusa.
• Blokkoló tevékenységek.
• Ütemezés: run-to-completion, pre-emption. Időosztás. Minimális időszelet.
• Kontextusváltás és a vele járó költségek.
• Szálak közötti interferencia. Race condition. Szálbiztosság.
• Monitorok működése.
• A volatile szerepe.
• Optimalizációk által okozott anomáliák. Kód átrendezése. Cache. Word-tearing.
• Memóriamodell. A happens-before reláció. Szekvenciális konzisztencia.
• Jól szinkronizált program. Data race. Légből kapott értékek.
• Atomicitás, kizárás és láthatóság biztosítása szinkronizációval.
• Check-then-act. Invariáns több változó felett.
• Belső állapot kiszökése. Biztonságos létrehozás és nyilvánosságra hozás.
• A final mezők szerepe. Módosíthatatlan (immutable) objektumok.
• Szálra korlátozás, objektumra korlátozás.
• Öröklődési problémák.
• Adatszerkezetek. Iterálás.
• Termelő-fogyasztó. Work-stealing.
• Szinkronizátorok (latch, barrier, semaphore). Future.
• Szálak és feladatok. Thread-pool. Executor.
• ExecutionService és CompletionService.
• Szálak leállítása, félbeszakítása.
• Feladat visszavonása (cancellation).
• A wait-notify mechanizmus.
• Holtpont, livelock, kiéheztetés.
• Prioritások. Priority inversion.
• Programok hatékonyságának aspektusai: kiszolgálási idő, áteresztő képesség, válaszidő, skálázódás. Profilozás szerepe. Amdahl és Gustafson törvénye.
• Szinkronizáció költsége. Spin-lock és busy-waiting. Lock spliting.
• Explicit lockok.
• Író-olvasó szinkronizáció.
• CAS, nem blokkoló adatszerkezet.

Irodalom

• Goetz, B. és mások: Java Concurrency in Practice. Addison-Wesley Professional, 2006. ISBN-13: 078-5342349603

• Gosling, J., Joy, B., Steele, G., Bracha, G., Buckley, A.: The Java^TM Language Specification. https://docs.oracle.com/javase/specs/

Segédanyagok, szlájdok

• Alapok
• Diák JCIP alapján
• JCIP példakódok