Все это создает впечатление, что потоки использовать очень легко. Но тут кроется подвох: совместно используемые ресурсы. Если несколько потоков пы¬таются одновременно получить доступ к одному ресурсу, возникают проблемы. Например, два процесса не могут одновременно посылать информацию на принтер. Для предотвращения конфликта совместные ресурсы (такие как принтер) должны блокироваться во время использования. Поток блокирует ре¬сурс, завершает свою операцию, а затем снимает блокировку для того, чтобы кто-то еще смог получить доступ к ресурсу.
Поддержка параллельного выполнения встроена в язык Java, а с выходом Java SE5 к ней добавилась значительная поддержка на уровне библиотек.
Java и Интернет
Если Java представляет собой очередной язык программирования, возникает вопрос: чем же он так важен и почему он преподносится как революционный шаг в разработке программ? С точки зрения традиционных задач программиро¬вания ответ очевиден не сразу. Хотя язык Java пригодится и при построении автономных приложений, самым важным его применением было и остается программирование для сети World Wide Web.
Что такое Веб?
На первый взгляд Веб выглядит довольно загадочно из-за обилия новомод¬ных терминов вроде «серфинга», «присутствия» и «домашних страниц». Чтобы понять, что же это такое, полезно представить себе картину в целом — но сначала необходимо разобраться во взаимодействии клиент/серверных систем, которые представляют собой одну из самых сложных задач компьютерных вычислений.
Вычисления «клиент/сервер»
Основная идея клиент/серверных систем состоит в том, что у вас существует централизованное хранилище информации — обычно в форме базы данных — и эта информация доставляется по запросам каких-либо групп людей или ком¬пьютеров. В системе клиент/сервер ключевая роль отводится централизованно¬му хранилищу информации, которое обычно позволяет изменять данные так, что эти изменения будут быстро переданы пользователям информации. Все вместе:. хранилище информации, программы, распределяющие информацию, и компьютер, на котором хранятся программы и данные — называется сервером. Программное обеспечение на машине пользователя, которое устанавливает связь с сервером, получает информацию, обрабатывает ее и затем отображает соответствующим образом, называется клиентом.
Таким образом, основная концепция клиент/серверных вычислений не так уж сложна. Проблемы возникают из-за того, что получить доступ к серверу пы¬таются сразу несколько клиентов одновременно. Обычно для решения привле¬кается система управления базой данных, и разработчик пытается «оптимизи¬ровать» структуру данных, распределяя их по таблицам. Дополнительно система часто дает возможность клиенту добавлять новую информацию на сер¬вер. А это значит, что новая информация клиента должна быть защищена от по¬тери во время сохранения в базе данных, а также от возможности ее перезаписи данными другого клиента. (Это называется обработкой транзакций.) При изме¬нении клиентского программного обеспечения необходимо не только скомпи¬лировать и протестировать его, но и установить на клиентских машинах, что может обойтись гораздо дороже, чем можно представить. Особенно сложно ор¬ганизовать поддержку множества различных операционных систем и компью¬терных архитектур. Наконец, необходимо учитывать важнейший фактор произ¬водительности: к серверу одновременно могут поступать сотни запросов, и малейшая задержка грозит серьезными последствиями. Для уменьшения за¬держки программисты стараются распределить вычисления, зачастую даже проводя их на клиентской машине, а иногда и переводя на дополнительные сер¬верные машины, используя так называемое связующее программное обеспечение (middleware). (Программы-посредники также упрощают сопровождение про¬грамм.)
Простая идея распространения информации между людьми имеет столько уровней сложности в своей реализации, что в целом ее решение кажется недос¬тижимым. И все-таки она жизненно необходима: примерно половина всех задач программирования основана именно на ней. Она задействована в решении раз¬нообразных проблем: от обслуживания заказов и операций по кредитным кар¬точкам до распространения всевозможных данных — научных, правительствен¬ных, котировок акций... список можно продолжать до бесконечности. В про¬шлом для каждой новой задачи приходилось создавать отдельное решение. Эти решения непросто создавать, еще труднее ими пользоваться, и пользователю приходилось изучать новый интерфейс с каждой новой программой. Задача клиент/серверных вычислений нуждается в более широком подходе.
Веб как гигантский сервер
Фактически веб представляет собой одну огромную систему «клиент/сервер». Впрочем, это еще не все: в единой сети одновременно сосуществуют все серве¬ры и клиенты. Впрочем, этот факт вас не должен интересовать, поскольку обычно вы соединяетесь и взаимодействуете только с одним сервером (даже если его приходится разыскивать по всему миру).
На первых порах использовался простой однонаправленный обмен инфор¬мацией. Вы делали запрос к серверу, он отсылал вам файл, который обрабаты¬вала для вас ваша программа просмотра (то есть клиент). Но вскоре простого получения статических страниц с сервера стало недостаточно. Пользователи хотели использовать все возможности системы «клиент/сервер», отсылать ин¬формацию от клиента к серверу, чтобы, например, просматривать базу данных сервера, добавлять новую информацию на сервер или делать заказы (что требо¬вало особых мер безопасности). Эти изменения мы постоянно наблюдаем в процессе развития веб.
Средства просмотра веб (браузеры) стали большим шагом вперед: они ввели понятие информации, которая одинаково отображается на любых типах компь¬ютеров. Впрочем, первые браузеры были все же примитивны и быстро переста¬ли соответствовать предъявляемым требованиям. Они оказались не особенно интерактивны и тормозили работу как серверов, так и Интернета в целом — при любом действии, требующем программирования, приходилось посылать информацию серверу и ждать, когда он ее обработает. Иногда приходилось ждать несколько минут только для того, чтобы узнать, что вы пропустили в за¬просе одну букву. Так как браузер представлял собой только средство просмотра, он не мог выполнить даже простейших программных задач. (С другой стороны, это гарантировало безопасность — пользователь был огражден от запуска про¬грамм, содержащих вирусы или ошибки.)
Для решения этих задач предпринимались разные подходы. Для начала были улучшены стандарты отображения графики, чтобы браузеры могли ото¬бражать анимацию и видео. Остальные задачи требовали появления возможно¬сти запуска программ на машине клиента, внутри браузера. Это было названо программированием на стороне клиента.
Программирование на стороне клиента
Изначально система взаимодействия «сервер-браузер» разрабатывалась для интерактивного содержимого, но поддержка этой интерактивности была полно¬стью возложена на сервер. Сервер генерировал статические страницы для брау¬зера клиента, который их просто обрабатывал и показывал. Стандарт HTML поддерживает простейшие средства ввода данных: текстовые поля, переключа¬тели, флажки, списки и раскрывающиеся списки, вместе с кнопками, которые могут выполнить только два действия: сброс данных формы и ее отправку сер¬веру. Отправленная информация обрабатывается интерфейсом CGI (Common
Gateway Interface), поддерживаемым всеми веб-серверами. Текст запроса ука¬зывает CGI, как именно следует поступить с данными. Чаще всего по запросу запускается программа из каталога cgi-bin на сервере. (В строке с адресом стра¬ницы в браузере, после отправки данных формы, иногда можно разглядеть в ме¬шанине символов подстроку cgi-bin.) Такие программы можно написать почти на всех языках. Обычно используется Perl, так как он ориентирован на обработ¬ку текста, а также является интерпретируемым языком, соответственно, может быть использован на любом сервере, независимо от типа процессора или опера¬ционной системы. Впрочем, язык Python (мой любимый язык — зайдите на www.Python.org) постепенно отвоевывает у него «территорию» благодаря своей мощи и простоте.
Многие мощные веб-серверы сегодня функционируют целиком на основе CGI; в принципе, эта технология позволяет решать почти любые задачи. Одна¬ко веб-серверы, построенные на CGI-программах, тяжело обслуживать, и на них существуют проблемы со скоростью отклика. Время отклика CGI-программы зависит от количества посылаемой информации, а также от загрузки сервера и сети. (Из-за всего упомянутого запуск CGI-программы может занять продол¬жительное время). Первые проектировщики веб не предвидели, как быстро истощатся ресурсы системы при ее использовании в различных приложени¬ях. Например, выводить графики в реальном времени в ней почти невозмож¬но, так как при любом изменении ситуации необходимо построить новый GIF- файл и передать его клиенту. Без сомнения, у вас есть собственный горький опыт — например, полученный при простой посылке данных формы. Вы нажи¬маете кнопку для отправки информации; сервер запускает CGI-программу, ко¬торая обнаруживает ошибку, формирует HTML-страницу, сообщающую вам об этом, а затем отсылает эту страницу в вашу сторону; вам приходится набирать данные заново и повторять попытку. Это не только медленно, это попросту не¬элегантно.