Глава 22. Процессы и нити

Реальный мир суров и не прощает ошибок; вдобавок к этому в нем постоянно что-то случается. Различные события происходят одновременно. Поэтому при мо­делировании системы, предназначенной для работы в реальном мире, следует учи­тывать ее вид с точки зрения процессов (см. главу 2), в котором основное внима­ние уделяется процессам и нитям, лежащим в основе механизмов параллельности и синхронизации.

В UML каждый независимый поток управления моделируется как активный объект, описывающий процесс или нить и способный инициировать некоторое управляющее воздействие. Процесс (Process) - это ресурсоемкий поток управле­ния, который выполняется параллельно с другими процессами; нить (Thread) -это облегченный поток управления, выполняемый параллельно с другими нитя­ми в рамках одного и того же процесса.

Построение абстракций таким образом, чтобы они могли безопасно функцио­нировать при наличии нескольких потоков управления, - непростое дело. В част­ности, механизмы обмена информацией и синхронизации, которые при этом при­дется применять, должны быть существенно сложнее, чем для последовательных систем. Следует избегать как переусложнения модели (поскольку при наличии слишком большого числа параллельных потоков управления система начнет про­буксовывать), так и чрезмерного упрощения (потому что недостаточная степень параллелизма не позволит оптимизировать пропускную способность системы).

Введение

Для собаки, живущей в конуре (см. главу 1), распорядок дня прост и последо­вателен. Едим. Спим. Гоняемся за кошкой. Снова едим. Мечтаем о том, как будем гоняться за кошкой. Забраться в конуру, чтобы поспать или укрыться от дождя, не представляет проблемы, поскольку лишь у собаки возникает потребность вос­пользоваться входом. Никакой конкуренции за ресурсы.

Семейные заботы не столь просты. Не впадая в философствование, отметим, что каждый член семьи живет своей собственной жизнью, но в то же время взаимо­действует с другими домочадцами (вместе обедают, смотрят телевизор, играют, де­лают уборку). Члены семьи совместно пользуются некоторыми ресурсами. Порой у детей бывает общая спальня, на всю семью может быть только один телефон или компьютер. Родственники распределяют между собой обязанности: отец ходит в прачечную и в бакалейную лавку, мать оплачивает счета и работает в саду, дети помогают делать уборку и готовить. Борьба за использование общих ресурсов и ко­ординация домашних обязанностей становятся предметом споров. Наличие одной

ванной комнаты в ситуации, когда все одновременно собираются в школу или на работу, - это проблема, а обед не будет готов, если папа не сходил в магазин.

Но по-настоящему сложна жизнь небоскреба и его арендаторов. Сотни, а то и тысячи людей приходят в одно и то же здание, и у каждого из них свои планы. Все должны пройти через определенное число подъездов. Все пользуются одними и теми же лифтами, а их число тоже не бесконечно. Посетителей обслуживают одни и те системы отопления, кондиционирования, водоснабжения, канализации и подачи электроэнергии. На всех одна парковка. Если люди хотят работать сла­женно, то должны общаться и синхронизировать свои действия.

В UML каждый независимый поток управления моделируется в виде активно­го объекта (см. главу 13). Активный объект - это процесс или нить, способные инициировать управляющее воздействие. Как и любой другой объект, активный объект может быть экземпляром класса. В таком случае говорят, что он является экземпляром активного класса. Подобно прочим объектам, активные объекты могут общаться друг с другом, посылая сообщения, хотя в данном случае передача сообщений должна быть дополнена семантикой параллелизма, чтобы облегчить взаимодействие независимых потоков управления.

Многие языки программирования непосредственно поддерживают концепцию активного объекта. В языки Java, Smalltalk и Ada параллелизм встроен. C++ под­держивает параллелизм за счет различных библиотек, в основе которых лежат механизмы параллельности, обеспечиваемые операционной системой. Примене­ние UML для визуализации, специфицирования, конструирования и документи­рования этих абстракций необходимо потому, что без него почти невозможно рас­суждать о параллельности, обмене информацией и синхронизации.

Графическое изображение активного класса, принятое в UML, показано на рис. 22.1. Активный класс - это частный случай класса (см. главы 4 и 9), и его нотация включает все соответствующие разделы - для имени класса, атрибутов и операций. Активные классы часто получают сигналы (см. главу 20), которые обычно перечисляются в дополнительном разделе.