کتاب Modern Concurrency in Java

چرا کتاب Modern Concurrency in Java را نوشتم

هم‌زمانی (Concurrency) مدت‌هاست که یکی از چالش‌برانگیزترین جنبه‌های توسعه در جاوا بوده و همیشه برای پاسخگویی به نیازهای نرم‌افزارهای مدرن، با حفظ سازگاری با نسخه‌های قبلی، تکامل یافته است. در میان تمام پیشرفت‌هایی که جاوا طی سال‌ها معرفی کرده، اضافه شدن “رشته‌های مجازی” (Virtual Threads) در پروژه لوم (Project Loom) یک تغییر اساسی در دنیای هم‌زمانی به حساب می‌آید.

هم‌زمانی به خودی خود دشوار است و این سختی با افزایش نیازهای عملکردی، بیشتر هم شده است. امروزه، برنامه‌های مدرن عمدتاً با عملیات ورودی/خروجی (I/O) کار می‌کنند، زیرا با سیستم‌های متعدد دیگری، به‌ویژه در معماری میکروسرویس‌ها، ارتباط برقرار می‌کنند تا پاسخگوی تقاضای فزاینده برای مقیاس‌پذیری باشند.

عملیات I/O اغلب زمان قابل توجهی می‌برند. در رویکرد سنتی، زمانی که یک رشته یک فراخوانی I/O انجام می‌دهد، باید منتظر بماند تا عملیات کامل شود. در حالی که سیستم‌عامل‌های مدرن می‌توانند میلیون‌ها سوکت باز را مدیریت کنند، تعداد رشته‌های موجود محدود است. در نتیجه، پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای توان عملیاتی بالاتر با رشته‌های سنتی، پیچیده‌تر شده است.

در پاسخ به این محدودیت، تکنیک‌ها و مدل‌های هم‌زمانی جایگزین مختلفی ابداع شده‌اند، اما هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. رشته‌های مجازی با بهره‌گیری از رشته‌های سبک‌وزن در حالت کاربر که می‌توانند روی تعداد کمتری از رشته‌های هسته سیستم‌عامل چندگانه شوند، راه‌حلی نویدبخش ارائه می‌دهند. این رویکرد به استفاده بهینه‌تر از منابع سیستم کمک می‌کند، مقیاس‌پذیری را افزایش می‌دهد و یک بهبود قابل توجه در دنیای هم‌زمانی به شمار می‌رود.

وقتی برای اولین بار با رشته‌های مجازی مواجه شدم، بلافاصله مجذوب آن‌ها شدم. به نظر می‌رسید که آن‌ها یک پیشرفت بزرگ و دیرینه هستند که می‌توانند نحوه نوشتن برنامه‌های هم‌زمان روی JVM را به صورت اساسی تغییر دهند و راه‌حلی ساده و زیبا در جایی که جاوا قبلاً فاقد آن بود، ارائه دهند.

من شروع به آزمایش رشته‌های مجازی، مستندسازی یافته‌هایم در وبلاگ و سخنرانی در کنفرانس‌ها کردم. پاسخ مشتاقانه جامعه توسعه‌دهندگان، تأیید کرد که رشته‌های مجازی تنها یک بهبود دیگر نیستند، بلکه یک تغییر اساسی در رویکرد به هم‌زمانی هستند.

در ادامه، منابع ارزشمندی در مورد رشته‌های مجازی پیدا کردم—مستندات رسمی، پست‌های وبلاگی کاربردی، مخازن گیت‌هاب با مثال‌های واقعی و سخنرانی‌های عالی در کنفرانس‌ها. در حالی که این منابع به صورت جداگانه ارزشمند بودند، هر کدام بر جنبه‌های مختلفی از موضوع تمرکز داشتند. برخی به پیاده‌سازی‌های فنی می‌پرداختند، در حالی که برخی دیگر در مورد استراتژی‌های انتقال و موارد استفاده خاص بحث می‌کردند.

از طریق نوشتن، سخنرانی و کار عملی مداوم، درک واضح‌تر و جامع‌تری از موضوع به دست آوردم. این کاوش، درک جامعی از انگیزه‌های پشت پروژه لوم، ادغام آن با مدل هم‌زمانی موجود در جاوا و پیامدهای آن برای ساخت سیستم‌های مقیاس‌پذیر و قابل نگهداری را فراهم کرد. احترام من به توانایی جاوا برای انطباق با تغییرات در عین حفظ سازگاری با نسخه‌های قبلی، در طول این سفر بیشتر شد.

در نهایت، متوجه شدم که فرصتی برای جمع‌آوری تمام این اطلاعات در یک منبع واحد و کاربردی وجود دارد. کتاب Modern Concurrency in Java نه تنها یک کاوش نظری، بلکه یک راهنمای عملی و کاربردی است که تمام مفاهیم، مثال‌ها و بهترین روش‌های لازم را در یک منبع جامع گردآوری کرده است.

کتاب Modern Concurrency in Java برای چه کسانی است؟

کتاب Modern Concurrency in Java برای توسعه‌دهندگان جاوایی طراحی شده است که از قبل درک اساسی از هم‌زمانی و چندرشتگی دارند. این یک راهنمای مبتدی برای این مباحث نیست. در عوض، توسعه‌دهندگان میان‌رده تا ارشد را هدف قرار می‌دهد که تجربه نوشتن برنامه‌های هم‌زمان با استفاده از ابزارهای سنتی مانند Thread، ExecutorService، synchronization و ابزارهای مجموعه‌ای مانند ReentrantLock و Semaphore را دارند و به دنبال تعمیق درک خود از ویژگی‌های هم‌زمانی مدرن معرفی شده در نسخه‌های اخیر جاوا، به ویژه رشته‌های مجازی، هم‌زمانی ساختاریافته و مقادیر محدودشده هستند. اگر به دنبال یادگیری اصول هم‌زمانی هستید، کتاب “Java Concurrency in Practice” از برایان گوتز همچنان کتاب توصیه شده است.

اگر تاکنون با چالش‌هایی مانند اتمام رشته‌ها، I/O مسدودکننده، تنظیم دقیق استخر رشته‌ها، یا مدیریت منطق پیچیده چرخه عمر و لغو مواجه شده‌اید، کتاب Modern Concurrency in Java به شما کمک می‌کند تا در پرتو مدل هم‌زمانی در حال تکامل جاوا، در مورد این مسائل دوباره فکر کنید. این کتاب به ویژه برای گروه‌های زیر مفید است:

• توسعه‌دهندگان میان‌رده تا ارشد که قصد مدرن‌سازی کد هم‌زمان خود را دارند.
• معماران که سیستم‌های مقیاس‌پذیر طراحی می‌کنند.
• مهندسان عملکردگرا که علاقه‌مند به ساخت برنامه‌های هم‌زمان قوی هستند.
• رهبران تیم‌ها که فناوری‌های جدید را ارزیابی می‌کنند.
• هر کسی که در مورد آینده هم‌زمانی جاوا کنجکاو است.

توسعه‌دهندگان جونیور با درک اولیه از جاوا نیز کتاب Modern Concurrency in Java را برای یک نمای کلی از هم‌زمانی مدرن مفید خواهند یافت. با این حال، مطالعه قبلی یا هم‌زمان مباحث اساسی مانند همگام‌سازی، شرایط مسابقه (race conditions) و انتشار داده‌ها (data publishing) برای درک کامل اکیداً توصیه می‌شود. این اصول برای نوشتن مؤثر کد هم‌زمان در برنامه‌های شما حیاتی هستند.

کتاب Modern Concurrency in Java چه چیزی ارائه می‌دهد؟

این کتاب هر آنچه را که در مورد پروژه لوم و رشته‌های مجازی آموخته‌ام، در یک منبع جامع جمع‌آوری می‌کند. در داخل کتاب Modern Concurrency in Java خواهید یافت:

• کاوشی در مورد تکامل هم‌زمانی در جاوا، از رشته‌های پلتفرم و فریم‌ورک Executor تا CompletableFuture و برنامه‌نویسی واکنشی.
• بررسی عمیق مکانیک رشته‌های مجازی، هم‌زمانی ساختاریافته و مقادیر محدودشده.
• مثال‌های عملی و واقعی که نشان می‌دهند چگونه می‌توان از این ویژگی‌های جدید به طور مؤثر استفاده کرد.
• پوشش گسترده‌ای از رشته‌های مجازی، هم‌زمانی ساختاریافته و مقادیر محدودشده.
• راهنمایی در مورد اینکه چگونه فریم‌ورک‌های مدرن مانند Spring Boot، Quarkus و Jakarta EE رشته‌های مجازی را ادغام می‌کنند.

مثال‌ها و مفاهیم کتاب Modern Concurrency in Java حداقل به JDK 21 نیاز دارند، زیرا رشته‌های مجازی به طور رسمی در این نسخه در دسترس قرار گرفتند. با این حال، برخی از فصل‌ها در مورد ویژگی‌هایی بحث می‌کنند که هنوز در حالت پیش‌نمایش هستند یا اخیراً نهایی شده‌اند. بنابراین، دسترسی به یک نسخه JDK جدیدتر، مانند 24 یا حتی 25، به شما امکان می‌دهد تا از تمام مثال‌ها و مباحث نهایت استفاده را ببرید.

ساختار کتاب Modern Concurrency in Java

این کتاب به گونه‌ای ساختار یافته است که شما را از درک اهمیت رشته‌های مجازی تا تسلط بر استفاده از آن‌ها در برنامه‌های تولیدی هدایت کند.

فصل 1، «مقدمه»: با بررسی تکامل هم‌زمانی در جاوا، از رشته‌های پلتفرم از طریق فریم‌ورک Executor، Fork/Join و CompletableFuture، با یک معرفی کوتاه از برنامه‌نویسی واکنشی، شروع می‌کنیم. این زمینه تاریخی به شما کمک می‌کند تا درک کنید چرا رشته‌های مجازی یک تغییردهنده بازی (game changer) هستند.

فصل 2، «درک رشته‌های مجازی»: در این فصل، رشته‌های مجازی را به صورت عملی معرفی می‌کنیم. یاد خواهید گرفت که آن‌ها چه هستند، چه تفاوتی با رشته‌های پلتفرم دارند و چگونه آن‌ها را ایجاد کنید. بهبودهای توان عملیاتی، مزایای مقیاس‌پذیری و مثال‌های عملی را بررسی می‌کنیم.

فصل 3، «مکانیک هم‌زمانی مدرن در جاوا»: این فصل به عمق مکانیک هم‌زمانی می‌پردازد. استخرهای رشته‌ها، فریم‌ورک Executor و ForkJoinPool که رشته‌های مجازی را تغذیه می‌کند، بررسی می‌شوند. یکی از نکات برجسته، ساخت یک پیاده‌سازی رشته مجازی از ابتدا با استفاده از Continuations است.

فصل 4، «هم‌زمانی ساختاریافته»: در اینجا، یکی از مهم‌ترین نوآوری‌های پروژه لوم، یعنی StructuredTaskScope، مورد بحث قرار می‌گیرد. یاد خواهید گرفت که چگونه مشکلات هم‌زمانی غیرساختاریافته را حل کند، سیاست‌های مختلف join را مدیریت کنید، استثناها را به طور صحیح کنترل کنید و برنامه‌های هم‌زمان قوی بسازید.

فصل 5، «مقادیر محدودشده»: انتشار زمینه (Context propagation) در برنامه‌های بسیار هم‌زمان همیشه چالش‌هایی را به همراه داشته است. این فصل نشان می‌دهد که چگونه مقادیر محدودشده یک جایگزین برتر برای ThreadLocal برای رشته‌های مجازی فراهم می‌کنند.

فصل 6، «ارتباط جاوا واکنشی در پرتو رشته‌های مجازی»: در این فصل از کتاب Modern Concurrency in Java، تفاوت در رویکرد به هم‌زمانی بین رشته‌های مجازی و برنامه‌نویسی واکنشی را درک خواهیم کرد. تفاوت بین I/O مسدودکننده و غیرمسدودکننده، معماری رویدادمحور و مزایا و معایب هر رویکرد را بررسی می‌کنیم.

فصل 7، «فریم‌ورک‌های مدرن با استفاده از رشته‌های مجازی»: در مورد اینکه چگونه فریم‌ورک‌های اصلی مانند Spring Boot، Quarkus و Jakarta EE از رشته‌های مجازی استقبال می‌کنند، بحث می‌شود. این فصل به شما کمک می‌کند تا رشته‌های مجازی را در محیط‌های تولیدی به کار ببرید.

فصل 8، «نتیجه‌گیری و نکات کلیدی»: با بینش‌های کلیدی و نگاهی به آینده برنامه‌نویسی هم‌زمان در جاوا به پایان می‌رسد.

چگونه کتاب Modern Concurrency in Java را بخوانیم؟

این کتاب به گونه‌ای طراحی شده است که به صورت متوالی خوانده شود، زیرا هر فصل بر مفاهیم فصل‌های قبلی بنا شده است. با این حال، اگر قبلاً با برخی مباحث آشنا هستید، می‌توانید به فصل‌هایی که بیشتر به آن‌ها علاقه‌مندید، بروید.

• برای مبتدیان رشته‌های مجازی: با فصل 1 شروع کنید تا زمینه تاریخی را درک کنید، سپس به ترتیب به هر فصل ادامه دهید.
• برای توسعه‌دهندگان باتجربه: اگر ترجیح می‌دهید، می‌توانید از فصل 1 به صورت گذرا رد شوید و مستقیماً به فصل 2 برای تجربه عملی با رشته‌های مجازی بروید. اما از فصل 3 نگذرید؛ ساخت رشته‌های مجازی از ابتدا بینش‌های ارزشمندی را فراهم می‌کند.

• برای معماران و رهبران تیم‌ها: به فصول 4-5، که هم‌زمانی ساختاریافته و مقادیر محدودشده را پوشش می‌دهند، و همچنین فصل 6، که این مفاهیم را با برنامه‌نویسی واکنشی مقایسه می‌کند، توجه ویژه‌ای داشته باشید. این به شما در گرفتن تصمیمات معماری آگاهانه کمک خواهد کرد.