Concurrency-Modelle auf der JVM auf der w-jax 3.11.2015

w-jax 2015

Concurrency-Modelle auf der JVM

Lutz Hühnken @lutzhuehnken

Provokante These: Java braucht ein neues Concurrency - Modell!

Warum ist Concurrency interessant?

Es ist ein relevantes Problem

Es ist ein nicht-triviales Problem

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Threads

Threads

Problem 1: Effizienz

Problem 2: Programmiermodell

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1 2 3 … 10.000

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Source: John Rose, Java VM Architect, JFokus, Stockholm, February 2015

Reactive Slick

Warum ist asynchrone I/O so wichtig?

Threads als kleinste Einheit der Nebenläufigkeit

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Wichtig: Dies ist eine Momentaufnahme, kein Ablauf

Reactive Slick

Warum ist asynchrone I/O so wichtig?

Threads als Vehikel für kleinere Einheiten

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Wichtig: Dies ist eine Momentaufnahme, kein Ablauf

#codetalkshh

Lösung Effizienz:

• Sub-Thread-Level Concurrency • Asynchrone I/O

• Das ist allen den folgenden Ansätzen gemeinsam!

• Das ist allen „Reactive Systems“ gemeinsam!

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Threads

Problem 1: Effizienz

Problem 2: Programmiermodell

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They discard the most essential and appealing properties of sequential computation: understandability, predictability, and determinism. Threads, as a model of computation, are wildly nondeterministic, and the job of the programmer becomes one of pruning that nondeterminism.

#codetalkshh

Einschub: Callback Hellfs.readdir(source, function(err, files) { if (err) { console.log('Error finding files: ' + err) } else { files.forEach(function(filename, fileIndex) { console.log(filename) gm(source + filename).size(function(err, values) { if (err) { console.log('Error identifying file size: ' + err) } else { console.log(filename + ' : ' + values) aspect = (values.width / values.height) widths.forEach(function(width, widthIndex) { height = Math.round(width / aspect) console.log('resizing ' + filename + 'to ' + height + 'x' + height) this.resize(width, height).write(destination + 'w' + width + '_' + filename, function(err) { if (err) console.log('Error writing file: ' + err) }) }.bind(this)) } }) }) } })

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#codetalkshh

Man kann das schöner schreiben

• Futures / for-expression (Scala) • async / await

• Syntactic Sugar • Probleme bleiben

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Was interessiert uns?

Zustand

Komposition

Integration

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Green Threads (User Mode Threads, Fibers, IOC Threads, Coroutines)

Quasar Fibers

Agenten Clojure Agents

Communicating Sequential Processes (CSP) Clojure Channels

Event Bus vert.x

Aktoren Akka

Programmiermodelle

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Fibersnew Fiber<V>() { @Override protected V run() throws SuspendExecution,

InterruptedException { // code hier }}.start();

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Fibers

Vorteil: Imperative Programmierung, wie mit Threads

Nachteil: Imperative Programmierung, wie mit Threads

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Fibersclass FooAsync extends FiberAsync<String, FooException> implements FooCompletion { @Override public void success(String result) { asyncCompleted(result); }

@Override public void failure(FooException exception) { asyncFailed(exception); }}

wird zu

String op() { new FooAsync() { protected void requestAsync() { Foo.asyncOp(this); } }.run();}

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Fibers Zusammenfassung

•Effizienz ja •Programmiermodell unverändert •Aber: Eine Menge interessanter Tricks

(Instrumentation, Continuations, Thread Interop)

•Drop-In Ersatz für Threads

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Agenten

(def x (agent 0)) (defn increment [c n] (+ c n)) (send x increment 5) ; @x -> 5 (send x increment 10) ; @x -> 15

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Agenten

• Der Agent kapselt den Zustand

• Sende eine Funktion als Nachricht an den Agenten, diese wird asynchron ausgeführt

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Agenten

• Attraktivität: Funktionale Programmierung!

(Unveränderliche Werte als Normalfall, veränderlicher Zustand als Ausnahme)

• Keine Lösung für Komposition, daher ☞ Channels

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Channels

• Implementieren Communicating Sequential Processes (Tony Hoare 1978, https://en.wikipedia.org/wiki/Communicating_sequential_processes)

• Sehr populär in der Go - Welt

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Clojure Channels

(def echo-chan (chan)) (go (println (<! echo-chan))) (>!! echo-chan "ketchup") ; => true ; => ketchup

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Clojure Channels

(def echo-buffer (chan 2)) (>!! echo-buffer "ketchup") ; => true (>!! echo-buffer "ketchup") ; => true (>!! echo-buffer "ketchup") ; blocks

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Channels Zusammenfassung

• Sehr flexible Komposition • Nach außen Optionen für asynchrone und

synchrone APIs

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Event Bus (vert.x)

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public class Receiver extends AbstractVerticle {

@Override public void start() throws Exception {

EventBus eb = vertx.eventBus();

eb.consumer("ping-address", message -> {

System.out.println("Received message: " + message.body()); // Now send back reply message.reply("pong!"); });

System.out.println("Receiver ready!"); } }

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Event Bus (vert.x)

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Image from Jonas Bandi @jbandi

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Event Bus (vert.x) Zusammenfassung

• „Single Thread Illusion“ • Lose Kopplung • Hybrides Thread-Modell • Bonus: Verteilung

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Aktoren (Akka)

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Aktoren (Akka) II/V

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Aktoren (Akka)

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Aktoren (Akka)

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Aktoren (Akka)

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Aktoren (Akka)

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Aktoren (Akka) Zusammenfassung

• „Single Thread Illusion“ • Messaging, incl. Routing etc. • Dispatcher • Bonus: Verteilung, Supervision

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ProgrammiermodelleTasks (sub-thread level)

Asynchrones Messaging

Verteilung Supervision

Fibers✔

Channels (core.async) ✔ ✔

Event Bus (vert.x) ✔ ✔ ✔

Aktoren (Akka) ✔ ✔ ✔ ✔

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• Nicht geeignet: Code mit Blocking I/O

• Auch nicht geeignet: reine CPU Last

• Es geht nicht um isolierte Performance, sondern Scalability

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Achtung bei Benchmarks

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• Quasar hat auch eine Implementierung von Channels, und sogar Aktoren

• Mit Akka kann man auch einen Event Bus implementieren, und auch Agenten

• Es gibt eine Welt außerhalb der JVM (Go Channels, Erlang…)

• …

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Der Vollständigkeit halber

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• Concurrency ist interessant

• Threads sind passé, Alternativen sind vorhanden

• Wenn ihr euch nur eine Alternative anseht, empfehle ich Akka

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Fazit

Vielen Dank

(Typesafe - Stand: 1. Stock)

Lutz Hühnken @lutzhuehnken