Кодеры за работой. Размышления о ремесле программиста - Питер Сейбел

Пейтон-Джонс: Верно. Надо создать маленькую подбиблиотеку или что-нибудь в этом духе, куда поместить самые ходовые книги, чтобы студенты могли брать их во время реорганизации основной библиотеки. Надо подумать о стратегии решения конкретной задачи и о том, в каком виде ее выразить. Проблема одна и та же в обоих случаях: как реорганизовать библиотеку, не прекращая полностью выдачу книг. После трудной части - придумывания того, как это сделать, - вы думаете о том, как это выразить. И здесь транзакционная память - абсолютный чемпион. Она превосходит и блокировку, и переменные условия для выполнения параллельных программ.

Сейбел: А если я не хочу допускать, чтобы кто-то пришел ко мне за двадцать первым экземпляром самой ходовой книги и оказался запертым? В физическом мире можно представить, что если кто-то приходит за книгой, мы заменяем ее некой заглушкой, которую библиотекарь использует в реорганизации, и когда книга приходит назад, мы возвращаем ее на место заглушки. Но если реорганизовывать библиотеку в мире с транзакционной памятью, придется повторять транзакцию.

Пейтон-Джонс: Но кое-что остается неизменным - шифр книги, верно? Есть несколько способов решить задачу. Например, вы можете сказать, что при работе с заглушкой сама библиотека не меняется, меняется только сама книга. Вы не изменяете ее ключевое поле - только значение, где книга в данный момент находится. И теперь каталог может меняться, где бы книга ни была. Это прекрасно и поддается выражению естественным способом.

В случае транзакционной памяти библиотекарь просматривает все места в памяти, которые считывал, и проверяет, содержат ли они те самые значения, что и при последнем заходе. Поэтому посещенные им ячейки памяти должны содержать ключевое поле книги, определяющее, куда ее положили. Но библиотекарь не читает содержание книги. Он всего лишь проверяет, содержит ли ключевое поле, скажем, число 73.

Но не буду преуменьшать проблему зависания - она довольно коварна. Нужны хорошие профилирующие инструменты, которые указывают, что транзакция не фиксируется, поскольку сталкивается с другой транзакцией. Нужно, чтобы программа не просто втихомолку подвиса-ла, - нужна обратная связь с ней. То же верно и для системы блокировки. Ненавижу эти часики на экране.

Сейбел: Мне кажется, что в программах с блокировкой мы научились снимать ее так быстро, как только возможно, чтобы минимизировать потери от простоев.

Пейтон-Джонс: Да. Но программировать в этом случае сложнее - мелкомодульную блокировку сложно настроить. Мне кажется, одно из больших преимуществ транзакционной памяти в том, что она работает с точностью чрезвычайно мелкомодульной блокировки на основе очень простых принципов.

Вот один из них - в системах с блокировкой этого нет. Я определяю высокоуровневые инварианты: у меня несколько банковских счетов, общая сумма денег на них равна N. Деньги перемещаются со счета на счет. Вот мой инвариант. Любая транзакция предполагает этот инвариант в начале и восстанавливает его в конце. Как вы определяете, что она это делает? Мы смотрим на любую транзакцию вида “Возьмите три из этого места и переместите их вон в то”. Инвариант сохранен. Каково мое умозаключение в данном случае? Чисто последовательное. Определив высокоуровневые инварианты, я могу делать последовательные умозаключения о каждой транзакции отдельно.

Сейбел: Поскольку транзакции изолированы друг от друга.

Пейтон-Джонс: Да. Это действительно очень мощный принцип. Можно делать последовательные умозаключения относительно императивного кода, несмотря на параллелизм. Вы обязаны определить высокоуровневые инварианты, но это также полезно для душевного спокойствия: вы знаете, что именно пытаетесь сохранять. Если посреди транзакции встречается исключение, это тоже здорово - оно не может уничтожить инварианты, поскольку транзакция тогда завершается ничем. Просто сказка! И совершенно по-другому теперь можно рассуждать о скорости выполнения - вы удостоверились, что все минимально правильно, теперь надо убедиться, что программа нигде не подтормаживает. Это уже труднее: на сегодня есть только профилирующие инструменты и инструменты точечной обратной связи.

Сейбел: Меня поражает вот что: оптимистический параллелизм время от времени используется в персистентных базах данных, но намного реже по сравнению с параллелизмом на основе блокировки.

Пейтон-Джонс: Ну, транзакционную память можно реализовать несколькими способами, и оптимистический параллелизм - лишь один из них. Можно устраивать блокировку по мере продвижения - это уже больше похоже на пессимистический параллелизм.

Сейбел: Тут есть еще и тот момент, что менеджеры блокировок - самая сложная часть баз данных.

Пейтон-Джонс: Верно. Что касается транзакционной памяти, то нужна уверенность в том, что один человек - или команда - может ее реализовать, а остальные могут ею пользоваться. Чтобы иметь шанс убедиться в качестве работы, можно хорошо заплатить исполнителям и на год запереть их в темной комнатушке.

Но после этого у каждого должна быть возможность воспользоваться результатом его/их труда через простейший интерфейс. И вот это, по-моему, здорово. Мне бы не хотелось, чтобы каждому требовался подобный уровень знаний. Вот пример, который когда-то приводил Морис Херлихи, я только вчера на него ссылался: очередь с двухсторонним доступом, и вам нужно вставлять и удалять элементы.

Последовательная реализация очереди с двухсторонним доступом - это задача, которую проходят в объеме курса бакалавра. Для параллельной реализации с блокировкой по каждому узлу - это тема для научной статьи. Это слишком нелегко, прямо до абсурда. А для транзакционной памяти такую проблему решает студент. Вы просто “заворачиваете” операции “вставить” и “стереть” в одну атомарную операцию - и дело сделано. По-моему, это занятно. Тут есть количественная разница. Сегодня те, кто реализует транзакционную память, должны убедиться, что несколько изменений вносятся в память как единая атомарная операция. Это не так просто - у вас есть только атомарная инструкция “сравнение с обменом”. Надо быть внимательным.

Есть проблемы и с зависанием; здесь надо кое-что придумать на уровне логики приложения, чтобы избежать этого. Но потом, реализуя специфичное для приложения решение, вы снова используете транзакционную память. Для такого вида программ это, безусловно, шаг вперед.

Хочу сказать еще кое о чем - мы опять возвращаемся к функциональному программированию. Транзакционная память, конечно, не имеет к нему прямого отношения. Она касается изменения разделяемого состояния - не самой функциональной вещи.