Parallele und reaktive Programmierung mit Java: Effiziente Software für Multi-Core Systeme

Datum auf Anfrage
Uhrzeit 09:00 - 17:00 Uhr
Preis 1.650,00 € *
Frühbucher 1.485,00 € *

max. 15 Teilnehmer
online

In diesem praxisorientierten Workshop wird die parallele Programmierung in Java von Grund auf erschlossen. Sie werden dadurch in die Lage versetzt, effiziente, deterministische parallele Programme in Java eigenständig zu entwerfen, und Sie lernen, die richtigen Technologien und Architekturen für Ihren Anwendungsfall auszuwählen.

Im Laufe der Jahre sind stetig neue parallele APIs ins JDK aufgenommen worden, um Multicore-CPUs immer besser nutzbar zu machen. Sie lernen im Seminar alle wichtigen APIs für die Parallelität in Java kennen, und Sie verstehen im Detail, welche technologischen Paradigmen diesen jeweils zugrunde liegen.

Sie programmieren im Workshop zahlreiche Übungen, um die Tricks und Schwierigkeiten der Parallelität praktisch zu erfahren. So sehen Sie, wie man mit Threads Algorithmen beschleunigt und lernen dabei auch die Fallstricke einer unüberlegten Parallelisierung kennen. Sie Setzen Fork-Join Tasks ein und erkennen an konkreten Beispielen, wo diese den klassischen Threads überlegen sind. Mit Java Parallel Streams lernen Sie ein elegantes API für die transparente parallele Datenverarbeitung einzusetzen, und mit der Reactive-Streams API Flow lernen Sie ein Konzept für asynchrone verteilte Systeme kennen.

Grundlagen der Parallelität, wie der sichere gegenseitige Ausschluss mit synchronized und mit expliziten Mutexen, die Koordination über das Monitor Pattern, der korrekte Einsatz von Condition Variablen sowie ein sicherer Umgang mit dem Java Memory Modell werden theoretisch erschlossen, und praktisch erfahrbar gemacht.

Um das Verhalten Ihrer parallelen Programme genau zu verstehen, erhalten Sie einen tiefen Einblick in die Realisierung von Threads und Synchronisation im Zusammenspiel der Java VM mit dem unterliegenden Betriebssystem und der Hardware.

Zielgruppe

Dieser Workshop richtet sich an Entwickler:innen, Architekt:innen und Entscheider:innen, die parallele Systeme mit Java entwickeln.

Voraussetzungen

Java Grundlagen sind erforderlich.
Es ist kein Wissen über parallele Programmierung erforderlich.
Sie benötigen möglichst JDK 11, mindestens jedoch Java 8, um die Übungsaufgaben bearbeiten zu können.

Zur Workshop-Durchführung wird Zoom verwendet mittels eines DSGVO-konformen On-Premise-Connectors. Wir bitten Sie, ein Mikrofon oder Headset sowie einen aktuellen Browser zu nutzen.

Inhalte (für mehr Details auf die einzelnen Punkte klicken)

Grundlagen der Parallelität in Java
- Technologieübersicht: Threads, ForkJoin Tasks, ParallelSteams, CompletableFuture
- Parallelisierung von Algorithmen: Performance im Multi-Core
- Gegenseitiger Ausschluss: Realisierung von Mutex in JVM und Betriebssystem
Java Thread Programmierung: Mächtig aber riskant
- Java Thread API
  - Starten, joinen, Exceptionhandling
  - Parallelisierung mit Threads: Performancesteigerung vs. Kosten und Risiken
  - Threadpool und Future: Effiziente Thread-Nutzung, Use-Cases, Grenzen
  - Architektur von Threads in der JVM und die Kooperation mit dem Betriebssyste
- Synchronisation in Java
  - Das synchronized Keyword: Implizite blockorientierte Synchronisation
    ReentrantLock,
  - ReentrantReadWriteLock, Semaphore: Explizite Synchronisation
  - CyclicBarrier, Phaser: Synchronisation komplexer Abläufe
  - Risiken der Synchronisation: Deadlock und Data-Race
- Monitor und Condition-Variable in Java
  - Das Monitor Pattern: Realisierung von Producer-Consumer Szenarien
  - wait() und notify(): Sprachintegrierter Monitor
  - Condition: Explizite Monitor-Implementierung
  - BlockingQueue: Gekapselter Monitor, einfache Realisierung von Producer-Consumer
Java Fork-Join Tasks: Effiziente, skalierbare Parallelität
- User-Mode Work-Stealing Task-Scheduler: Löst Probleme der Thread Parallelität
- ForkJoinTask API: Bäume für die Daten- und Taskparallelität
- Parallelisierung rekursiver Algorithmen mit ForkJoinTasks
- ForkJoinPool API: Optimierungsoptionen
- CompletableFuture: API für Task-Parallelität
- CountedCompleter: Basis für die Parallel-Streams
- Architektur der Fork-Join Tasks im JDK
Parallel-Streams: Implizite Datenparallelität
- Map-Reduce Pipeline ermöglicht automatische Parallelisierung
  - Terminale und intermediäre Operatoinen: map(), reduce(), filter(), flatMap(), collect()
  - Funktionale operationale Parameter: Zustandslos und seiteneffektfrei
- Spliterator-API: Rekursive Partitionierung von Datenstrukturen
  - Spliteratoren des JDK verstehen und nutzen
  - Eigene Spliteratoren programmieren
- Collector-API: Mutable Reduktion
  - Anwendung der Standard-Collectoren: joining(), groupingBy(), mapping()
  - Eigene Collectoren für spezielle Anforderungen programmieren
- Architektur der Parallel-Streams im JDK auf Basis von ForkJoinTasks
Hardwarenahe Aspekte der Parallelität
- Das Java Memory-Model
  - Die „starke Garantie“ des JMM: Einfache Regel für deterministische Parallelität
  - Definition und Semantik des JMM
- Spinlocks und Atomare Instruktionen
  - Realisierungsbasis für den gegenseitigen Ausschluss
  - Effiziente Alternative zur Synchronisation
Parallele Architekturen
- Wie wähle ich die richtige API für meinen Anwendungsfall aus?
- Welche Architekturen haben sich in Multi-Core Projekten bewährt?

Trainer

Marwan Abu-Khalil

Marwan Abu-Khalil ist Senior Software Architekt für parallele und verteilte Systeme im Forschungsbereich der Siemens AG. Er hält regelmäßig Konferenzvorträge und Seminare über Parallelisierung und ist Trainer für zertifizierte Softwarearchitekten der Siemens AG.

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Anna Ludwig

Projektmanagerin Workshops