Table Of ContentChristian Maurer
Nichtsequentielle und
Verteilte Programmierung
mit Go
Synchronisation nebenläufiger Prozesse:
Kommunikation – Kooperation – Konkurrenz
4. Auflage
Nichtsequentielle und Verteilte
Programmierung mit Go
Christian Maurer
Nichtsequentielle und
Verteilte Programmierung
mit Go
Synchronisation nebenläufiger Prozesse:
Kommunikation – Kooperation –
Konkurrenz
4., aktualisierte Auflage
ChristianMaurer
InstitutfürInformatik
FreieUniversitätBerlin
Berlin,Deutschland
ErgänzendesMaterialzudiesemBuchfindenSieaufhttp://www.springer.com/978-3-658-26290-7
ISBN978-3-658-26289-1 ISBN978-3-658-26290-7(eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-26290-7
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SpringerVieweg
©SpringerFachmedienWiesbadenGmbH,einTeilvonSpringerNature1999,2012,2018,2019
Die1.AuflageistunterdemTitel„GrundzügederNichtsequentiellenProgrammierung“,die2.Auflageunter
demTitel„NichtsequentielleundVerteilteProgrammierungmitGo1kompakt”unddie3.Auflageunterdem
Titel„NichtsequentielleundVerteilteProgrammierungmitGo“erschienen.
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MeinemGoldengelgewidmet
Vorwort
Grundlegende Techniken der Nichtsequentiellen Programmierung sind entweder Thema
einer eigenen Vorlesung im Bachelor-Studiengang des Informatikstudiums oder bilden
BestandteilevonVorlesungenüberGebiete,indenennichtsequentielleAlgorithmeneine
wesentlicheRollespielen.
Das Adjektiv nichtsequentiell – mit der Gleichstellung „nichtsequentiell = nicht
sequentiell“– trifft dabei den Kern der Sache sehr viel besser als die Übernahme des
englischen Lehnworts „concurrent“1 ins Deutsche, denn „Konkurrenz“ hat den Zweck,
Vorteilezuerlangen,unddastrifftnureineSeitedessen,worumesinderNichtsequenti-
ellenProgrammierunggeht:
Kooperation2 inderKommunikation3 vonProzessenuntereinanderistdieandereSeite
desThemas–genausobedeutend.
IndiesemBuchwerdengrundlegendeKonzeptezurSynchronisationnebenläufigerPro-
zesseundzuihrerKommunikation–auchimverteiltenFall–systematischentwickelt:
(cid:129) Schlösser,
(cid:129) Semaphore,
(cid:129) FairnessundVerklemmungen,
(cid:129) Monitore,
(cid:129) Botschaftenaustausch,
(cid:129) netzweiterBotschaftenaustausch,
(cid:129) ErkundungvonNetzwerken,
(cid:129) TraversiereninNetzwerkenund
(cid:129) AuswahleinesLeitersinihnen.
1lat. concurrere = zusammenlaufen, von allen Seiten herbeieilen, zusammentreffen, zugleich
stattfinden.
2lat.cum=(zusammen)mit,opus=Arbeit,Tat,Handlung,operari=mitetwasbeschäftigtsein.
3lat.communicare=(mit)teilen,besprechen,verkehrenmit.
VII
VIII Vorwort
DieAlgorithmensindinGoformuliert(s.https://golang.org).DieseSprachezeichnetsich
u.a.durchfolgendeMerkmaleaus:
(cid:129) eine C-ähnliche Syntax – allerdings mit signifikantem Einfluss von Seiten der Wirth-
schenSprachen(s.https://golang.org/ref/spec),
(cid:129) denTrendzuknapperAusdrucksweiseunddieFreiheitvonSprachballastvonderArt
„foo.Foo* myFoo = new(foo.Foo)“,
(cid:129) Speicherbereinigung(„garbagecollection“),
(cid:129) die„Rebellion“gegenumständliche(„cumbersome“)Typsystemewiez.B.inC++oder
Java,infolgedessen
(cid:129) einsehrausdrucksstarkesTypsystemmitstatischerTypprüfungbeimÜbersetzeneines
QuelltextesunddynamischerTypanpassungzurLaufzeitsowieeinerrigidenAbhängig-
keitsanalyse,
(cid:129) aber ohne Typhierarchie („types just are, they don’t have to announce their relation-
ships“)–alsoleichtgewichtigeralsintypischenOO-Sprachen–,
(cid:129) „Orthogonalität“ der Konzepte („Methoden können für jeden Typ implementiert wer-
den;VerbunderepräsentierenDaten,„interfaces“repräsentierenAbstraktion.“),
(cid:129) den Einbau diverser Konstrukte für die NSP, u.a. Botschaftenaustausch – orientiert
an CSP-Kalkül von Hoare – sowie Unterstützung von Parallel-, Multiprozessor- und
Netzprogrammierung.
Näheres dazu findet man im Netz am Anfang der „Frequently Asked Questions“ von Go
(https://golang.org/doc/faq).
ZurAusführungderProgrammeausdemBuchwirddieInstallationderGo-Version1.9
(oderhöher)vorausgesetzt.
Grundkenntnisse in Go sind zum Verständnis der grundlegenden Konzepte sicherlich
hilfreich, wegen der einfachen Syntax aber nicht unbedingt erforderlich. Sich in Go
einzuarbeitenistallerdingserheblich(!)leichteralsz.B.derErwerbderzumVerständnis
invergleichbarerTiefeerforderlichenKenntnisseinJava.
Wer das nicht tun will, kann die Go-Quelltexte „metasprachlich“ begreifen – so wie
z.B. die sprachunabhängigen Darstellungen von Algorithmen in den Lehrbüchern von
Andrews,Ben-Ari,Herrtwich/Hommel,RaynaloderTaubenfeld.
An „Schaltstellen“ – bei den Schlössern, den Semaphoren, den Monitoren und beim
netzweiten Botschaftenaustausch – werden auch einige grundlegende Ansätze zur Pro-
grammierunginCundinJavavorgestellt.
Kenntnisse imperativer Repräsentationen abstrakter Datenobjekte, der Prinzipien des
„information-hiding“ und der Grundkonzepte der objektorientierten Programmierung
werdenallerdingsvorausgesetzt;dasWichtigstedazu–soweitesfürdiesesBuchbenötigt
wird–findetsichimKap.2überPakete,InterfacesundabstrakteDatentypen.
DerinhaltlicheAufbauistinduktiv:
Die wachsende Entfernung von der Maschine ist mit zunehmender Abstraktion ver-
bunden,wasaufsehrnatürlicheWeisederhistorischenEntwicklungderNSPentspricht:
Vorwort IX
Schlösser – Semaphore – Monitore – Botschaftenaustausch. Dieser Aufbau ist durchaus
schon als „traditionell“ zu bezeichnen, als er sich auch in den meisten anderen Lehrbü-
chernfindet.
DasLesenistdeswegenimWesentlichennursequentiellsinnvoll,d.h.inderReihen-
folgederKapitel.
Mit der Fokussierung auf Go hätte sich auch eine Reihenfolge angeboten, die mit
der höchsten Abstraktionsstufe beginnt, dem Austausch von Botschaften über Kanäle –
einem Kernbestandteil dieser Sprache –, was von ihren Entwicklern als Mittel der Wahl
zur Synchronisation besonders empfohlen wird (s. Abschn.1.9 über Prozesszustände in
derEinführungundKap.11über Botschaften).DieserWegwirdhieraberbewusstnicht
beschritten, um das Buch auch in Umgebungen verwenden zu können, in denen andere
Sprachenfavorisiertwerden.
EingrundsätzlichesPrinzipdesBuchesbestehtdarin,dassimmerwiederdiegleichen
klassischenBeispieleaufgegriffenwerden,wasdenVergleichzwischendenvorgestellten
KonzeptenundSprachmittelnerleichtert.
DenLeserinnenundLesernwirdnachdrücklichempfohlen,
(cid:129) diese Beispiele sorgfältig durchzuarbeiten, um an ihnen vertiefte Einsicht in Gemein-
samkeitenundUnterschiedezwischendenKonzeptenzugewinnen,
(cid:129) dieAnregungenzueigenerTätigkeitwahrzunehmen,d.h.möglichstvieleAnregungen
zuÜbungsaufgabenaufzugreifen,
(cid:129) ad fontes zu gehen (Originalarbeiten sind fundamentale Quellen, weil sie tiefere
EinblickeindieSystematikderEntwicklungderNSPermöglichen),
(cid:129) und – entweder – Go zu installieren und alle angegebenen Beispiele und Programme
„zumLaufenzubringen“oderEntsprechendesinderbevorzugtenProgrammiersprache
umzusetzen,umdadurchauchpraktischeProgrammierkompetenzzuerwerben.
Gegenüber der 3. Auflage wurden einige Fehler beseitigt und kleinere Erweiterungen
aufgenommen.DerwesentlicheUnterschiedzur3.Auflagebestehtallerdingsdarin,dass–
veranlasstdurcheineÄnderungimGo-System–Anpassungenerforderlichwurden:
DiefrühervorausgesetzteGrundannahme,dasseineWertzuweisungeinerKonstanten
oder Variablen an eine Variable eines elementaren Typs atomar ist, gilt jetzt in
Go nur noch, wenn der verwendete Rechner nur einen Prozessor hat oder wenn
runtime.GOMAXPROCS(1)aufgerufenwurde.
Deshalb müssen die in den Ein- und Austrittsprotokollen zum Schutz kritischer Ab-
schnitteverwendetenWertzuweisungenandiegemeinsamenVariablenjetztgrundsätzlich
durch eine atomare Anweisung – realisiert mit einer unteilbaren Maschineninstruktion –
ersetztwerden.
Für etlich der im Buch angegebenen Algorithmen können Probeläufe durchgeführt
werden,indenenihrAblaufdynamischvisualisiertwird.DieentsprechendenProgramm-
dateien, die zum Teil per Durchgriff auf C-Bibliotheken von Linux (insbesondere von
X Vorwort
header-Dateienaus/usr/include)Gebrauchmachen,sindindenQuelltextenzumBuch
enthalten.
Bei Frau Dipl.-Inf. Sybille Thelen vom Springer-Verlag möchte ich mich herzlich
bedanken;siehatauchdiePublikationdieserAuflagewiedersehrfreundlichunterstützt.
Auch Herrn Stefan Schmidt gilt mein Dank für Anregungen zu den Änderungen im Go-
System.
ZumSchlusseinwichtigerHinweis:
Trotz ständigem gründlich durchgeführtem Abgleich aller im Buch wiedergegebenen
QuelltexteimLaufeihrerEntwicklungistnichtmitabsoluter Sicherheitauszuschließen,
dass es irgendwo Inkonsistenzen gibt. Hinweise auf entdeckte Unstimmigkeiten oder
Fehlerwerdennatürlichsehrdankbarangenommen!
AlleQuelltextesindaufdenSeitendesBuchesimweltweitenNetzverfügbar:
https://maurer-berlin.eu/nspbuch/4.
Berlin,7.April2019 ChristianMaurer
