Alternative Concurrency Models in Java

Объяснить концепцию структурированного параллелизма и его преимущества перед неструктурированным управлением потоками.

Использовать StructuredTaskScope для запуска и координации параллельных подзадач.

Реализовать стратегии ShutdownOnFailure и ShutdownOnSuccess для обработки результатов группы задач.

Реализовать обработку нескольких параллельных HTTP-запросов с таймаутами с использованием структурированного параллелизма.

Объяснить ключевые принципы реактивного программирования (streams, backpressure, non-blocking) на примере Project Reactor.

Сравнить модель реактивного программирования с моделью на основе виртуальных потоков для I/O-задач.

Реализовать задачу обработки потока событий с использованием Project Reactor и альтернативного решения на виртуальных потоках и каналах.

Проанализировать компромиссы (сложность кода, отладка, читаемость) между реактивным подходом и структурированным параллелизмом.

Определить сценарии, где реактивные фреймворки остаются предпочтительными даже при наличии виртуальных потоков.

Описать модель Communicating Sequential Processes (CSP): процессы, каналы (буферизированные/небуферизированные) и операция select.

Реализовать обмен данными между виртуальными потоками с использованием каналов библиотеки JOX.

Использовать операцию select для мультиплексирования чтения/записи из нескольких каналов.

Реализовать паттерн fan-out/fan-in для параллельной обработки данных.

Спроектировать отдельный этап конвейера как функцию, принимающую и возвращающую каналы.

Собрать многостадийный конвейер обработки данных, обеспечив корректную обработку ошибок и graceful shutdown.

Описать ключевые концепции акторной модели: актор, сообщение, mailbox, изоляция состояния и асинхронность.

Реализовать простой, переиспользуемый класс актора, инкапсулирующий виртуальный поток и очередь сообщений.

Реализовать типизированную передачу сообщений и паттерн запрос-ответ (ask) между акторами.

Описать стратегии супервизии (supervision) для обработки сбоев в дочерних акторах.

Реализовать базовый супервизор, который отслеживает и перезапускает отказавший дочерний актор.

Спроектировать иерархию акторов (Manager, Worker) и протокол обмена сообщениями для web-crawler.

Реализовать актора-работника (Worker) для загрузки и парсинга веб-страниц с извлечением ссылок.

Реализовать актора-менеджера (Manager) для распределения URL, предотвращения дублирования и сбора результатов.

Интегрировать стратегию супервизии для обработки сбоев в акторах-работниках (например, сетевых ошибок).

Реализовать точку входа в приложение и механизм корректного завершения работы системы после окончания сканирования.

Объяснить концепцию dataflow-переменных (однократная запись, блокирующее чтение) и их роль в детерминированном параллелизме.

Реализовать простую dataflow-переменную, используя CompletableFuture или ReentrantLock.

Построить dataflow-сеть для параллельного вычисления формулы, где каждая операция выполняется в отдельном виртуальном потоке.

Сравнить dataflow-подход с CompletableFuture по критериям выразительности, управления зависимостями и композиции.

Объяснить концепцию STM: атомарность, оптимистичные транзакции и механизм повторных попыток (retry).

Сравнить STM с блокировками (locks) для управления разделяемым состоянием, выделив преимущества и недостатки.

Использовать библиотеку STM (например, JVSTM) для определения транзакционных переменных и выполнения атомарных блоков кода.

Реализовать задачу 'банковский перевод' с использованием STM для обеспечения атомарности операций над несколькими счетами.

Решить задачу 'обедающие философы' с помощью STM и проанализировать преимущества решения по сравнению с классическим на блокировках.

Сравнить CSP и акторную модель по критериям связности (coupling), адресации, управления состоянием и обработки ошибок.

Противопоставить STM и Dataflow по критериям детерминизма, управления состоянием и типичных сценариев применения.

Составить сводную таблицу-шпаргалку для всех моделей (CSP, Actors, STM, Dataflow) по ключевым характеристикам для принятия решений.

Проанализировать бизнес-сценарий «обработка потока конкурентных запросов к внешним API» и обосновать выбор модели конкурентности.

Проанализировать бизнес-сценарий «параллельная обработка данных с зависимостями между этапами» и обосновать выбор модели конкурентности.

Проанализировать бизнес-сценарий «координация конкурентного доступа к сложному разделяемому состоянию» и обосновать выбор модели конкурентности.

Реализовать сценарий, в котором актор инициирует задачу в CSP-конвейере (JOX) и асинхронно получает результат.

Интегрировать dataflow-переменную в актор для обработки ответа с зависимостями от других асинхронных операций.

Разработать архитектуру для комплексного сценария (например, система обработки заказов), комбинируя несколько моделей конкурентности.

Нарисовать и объяснить диаграмму компонентов решения, указав используемые модели, потоки данных и точки синхронизации.