rambler.ios #4: Задачи синхронизации. Классические и...

Егор Толстой Ведущий iOS разработчик @ Rambler&Co

Задачи синхронизацииКлассические и прикладные решения

Синхронизация

•Что такое синхронизация

•Решение проблем синхронизации

•Классические задачи синхронизации

•Синхронизация - обеспечение правильной совместной работы нескольких потоков.

Алиса

Боб

Поток 1 Поток 2

Алиса Боб

Алиса

Боб

•Состояние гонки - работа приложения зависит от последовательности вызова секции его кода разными потоками.

func incrementSharedVariable { // counter == 0 counter += 1 }

Поток 1 Поток 2 Поток 3

counter ∈ [1,3]

•Критическая секция - участок кода, в котором одновременно может находиться только один поток.

func incrementSharedVariable { lockSection()

counter += 1 unlockSection()

counter == 3

• Deadlock - несколько потоков блокируют выполнение друг друга.

•У каждой задачи синхронизации есть определенные условия.

Алиса Боб

Алиса

Боб

Алиса

Боб

Алиса Боб

•Передача сообщений между потоками - простое решение большинства проблем.

Алиса Боб

а1: Съесть завтрак

а2: Поработать

а3: Съесть обед

а4: Позвонить Бобу

б1: Съесть завтрак

б2: Дождаться звонка Алисы

б3: Съесть обед

а1 < a2 < a3 < a4 б1 < б2 < б3

Алиса Боб

а1 < a2 < a3 < a4 б1 < б2 < б3

Алиса Боб

а1 < a2 < a3 < a4 б1 < б2 < б3

б3 > б2 > a4 > a3

•События считаются параллельными, если, изучив код программы, мы не можем утверждать, какое из них произойдет первым.

Алиса

Семафор

Боб

Алиса

Семафор

Боб

Алиса

Семафор

Боб

wait-1

Алиса

Семафор

Боб

wait-1Алиса

Семафор

Боб

signal wait-1Алиса

Семафор

Боб

signal wait0Алиса

Семафор

Боб

signal wait0

Алиса

Семафор

Боб

•Семафор создается с начальным значением,

• wait - уменьшает счетчик,

• signal - увеличивает счетчик.

•Задача "Читатели-Писатели" Readers-Writers problem

•Любое количество читателей в критической секции

•Единственный писатель в критической секции

Семафор "комната пуста"

Выключатель "читатели"

Читатели Писатели

• Голод - состояние, в котором поток может бесконечно ждать своей очереди. А может и дождаться.

•Решение с использованием NSOperation

class OperationScheduler { var readerQueue = NSOperationQueue() var writerQueue = NSOperationQueue() init () { // Читатели должны выполняться параллельно readerQueue.maxConcurrentOperationCount = MAX // Писатели должны выполняться последовательно writerQueue.maxConcurrentOperationCount = 1 }

func addReaderOperation(operation: NSBlockOperation) { // Зависим от выполнения всех писателей for writerOperation in writerQueue.operations { operation.addDependency(writerOperation) } readerQueue.addOperation(operation) }

func addWriterOperation(operation: NSBlockOperation) { // Все читатели зависят от нового писателя for readerOperation in readerQueue.operations { readerOperation.addDependency(operation) } writerQueue.addOperation(operation) }

func readersWriters() { let scheduler = OperationScheduler() scheduler.addWriter() for i in 1...5 { scheduler.addReader(i) } scheduler.addWriter() }

> writer fired > writer fired > reader 2 fired > reader 3 fired > reader 1 fired > reader 5 fired > reader 4 fired

•Задача "Обедающие философы" Dining philosophers problem

while(true) { think() getForks() eat() putForks() }

•Не больше одного философа на вилку

•Не допустить deadlock

•Не допустить голод

вилка1

вилка

вилка 1 вилка

вилка1

вилка0

вилка

вилка0

вилка

вилка0

вилка

вилка0

вилка

вилка0

deadlock :(

Семафор "официант"

вилка1

вилка

вилка1

вилка

вилка1

вилка0

вилка

вилка1

вилка0

вилка

вилка1

вилка0

вилка

вилка1

вилка0

вилка

вилка1

вилка0

вилка

вилка1

вилка0

вилка

вилка1

вилка0

вилка

вилка0

вилка

вилка0

вилка

вилка0

вилка1

вилка

вилка0

вилка

вилка0

class DiningPhilosophersOperationScheduler { var philosopherQueues = [NSOperationQueue]() init() { for _ in 0...4 { let philosopherQueue = NSOperationQueue() philosopherQueue.maxConcurrentOperationCount = 1 philosopherQueues.append(philosopherQueue) } }

class PhilosopherBlockOperation: NSBlockOperation { init(index: Int) { super.init()

addExecutionBlock({ print("philosopher \(index) is eating") sleep(2) print("philosopher \(index) puts forks") }) } }

func startPhilosopher(index: Int) { let operation = PhilosopherBlockOperation(index: index) let leftQueue = getLeftPhilosopher(index) let leftPhilosopherEats = leftQueue.operationCount > 0 if (leftPhilosopherEats) { for leftOperation in leftQueue.operations { operation.addDependency(leftOperation) } }

// То же и для правого соседа

let currentPhilosopherQueue = philosopherQueues[index] currentPhilosopherQueue.addOperation(operation) }

func diningPhilosophers() { let scheduler = DiningPhilosophersOperationScheduler()

scheduler.startPhilosopher(0) scheduler.startPhilosopher(3) scheduler.startPhilosopher(2) scheduler.startPhilosopher(1) scheduler.startPhilosopher(4)

> philosopher 0 is thinking > philosopher 0 is eating > philosopher 3 is thinking > philosopher 3 is eating > philosopher 2 is thinking > philosopher 1 is thinking > philosopher 4 is thinking > philosopher 3 puts forks > philosopher 0 puts forks > philosopher 2 is eating > philosopher 4 is eating > philosopher 2 puts forks > philosopher 4 puts forks > philosopher 1 is eating > philosopher 1 puts forks

Ф.3Ф.4

•Задача "Собираем H2O" Building H2O problem

•Кислород ждет двух потоков водорода

•Водород ждет одного потока водорода и одного - кислорода

Семафор "Кислород"

Кислород Водород

Семафор "Водород"

3Барьер

О H H

3Барьер

О H H

3Барьер

О H H

3Барьер

О H H

0Барьер

О H H

0Барьер

О H H

3Барьер

func triggerHydrogenEvent(location: CGPoint) { let sprite = AtomNode.atom(AtomSprite.Hydrogen, location: location) self.addChild(sprite) self.scheduler.addHydrogen(sprite, block: atomBlock(sprite)) }

class H2OOperationScheduler { let moleculeQueue = NSOperationQueue() // Этот блок вызывается при успешном сборе молекулы H2O var moleculeBlock: (Array<SKSpriteNode>) -> Void init(H2OBlock: (Array<SKSpriteNode>) -> Void) { moleculeQueue.maxConcurrentOperationCount = 1 moleculeBlock = H2OBlock } ... }

func addHydrogen(node: SKSpriteNode, block: () -> Void) { let currentMolecule = obtainMolecule { (molecule) -> Bool in return molecule.hydrogen < 2 } let operation = AtomOperation(node: node, block: block) currentMolecule.addHydrogen(operation) }

class H2OOperation: NSOperation { let atomQueue = NSOperationQueue() let moleculeBlock: (Array<SKSpriteNode>) -> Void var nodes = Array<SKSpriteNode>()

... override var ready: Bool { return hydrogen == 2 && oxygen == 1 }

func addHydrogen(operation: AtomOperation) { nodes.append(operation.node) atomQueue.addOperation(operation) hydrogen++ } }

class H2OOperation: NSOperation { ...

override func main() { atomQueue.suspended = false atomQueue.waitUntilAllOperationsAreFinished() self.moleculeBlock(nodes) } ... }

•Синхронизация - это непросто

•Синхронизация - это интересно

•Синхронизация - это важно

•Код примеров:https://github.com/rambler-digital-solutions/synchronization-problems

• The Little Book of Semaphores Allen B. Downeyhttp://www.greenteapress.com/semaphores/

rambler.ios #4: Задачи синхронизации. Классические и...

Technology

Андрей Парабеллум, - drsвовсе не...

УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ СВ-02a ·...

Классические школьные учебники...

Классические методы...

Глава 2. Некоторые классические...

rambler.ios #9: Нужны ли...

Параллельное программирование,...

Современные технологии и...

rambler.ios #8 - Как не стать жертвой...

Раскрутка интернет-магазина:...

ibm box - решение корпоративного...

ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ТЕНДЕНЦИИ...

Классические ортогональные...

rambler.ios #8 - Сервис-ориентированная...

rambler.ios #6 - pagination demystified

Комплектация и лицензирование -...

3. Классические механики consumer promo

Параллельное программирование,...

rambler.ios #4: Создание модульных...

ГИГАНТСКИЕ ИМПУЛЬСЫ ПУЛЬСАРОВ ...