Java でのスレッド同期と相互排他の問題を解決する方法

Java におけるスレッドの同期と相互排他の問題を解決する方法

Java マルチスレッド プログラミングでは、スレッドの同期と相互排他は非常に重要なタスクです。スレッド同期の目的は、複数のスレッドが特定の順序で実行されるようにすることですが、スレッド相互排他により、複数のスレッドが同時に共有リソースにアクセスしたり変更したりしないようにすることができます。スレッドの同期と相互排他の問題を正しく処理すると、多くのスレッドの安全性の問題を回避し、プログラムのパフォーマンスと信頼性を向上させることができます。

以下では、スレッドの同期と相互排他の問題を解決するために一般的に使用されるいくつかの方法を紹介し、対応するコード例を示します。

1. synchronized キーワードを使用してスレッド同期を実現する

Java の synchronized キーワードを使用して、メソッドまたはコード ブロックを変更してスレッド同期を実現できます。スレッドが同期された変更されたメソッドまたはコード ブロックに入ると、対応するオブジェクトのロックを取得します。他のスレッドは実行を続行する前にロックが解放されるまで待つ必要があります。以下は、synchronized キーワードを使用してスレッド同期を実現する例です。

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;
    
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
    
    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedExample example = new SynchronizedExample();
        
        // 创建两个线程并发执行
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
        
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
        
        thread1.start();
        thread2.start();
        
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("Count: " + example.getCount());
    }
}

上の例では、synchronized キーワードを使用して、increment() メソッドと getCount() メソッドを変更し、count 変数が確実に増加して読み取られます。操作はスレッドセーフです。プログラムを実行すると、Count: 2000 が出力され、count 変数に対する 2 つのスレッドのインクリメント操作が正しく同期されていることを示します。

2. Lock インターフェイスと Condition インターフェイスを使用してスレッド同期を実現する

Java では、synchronized キーワードの使用に加えて、スレッド同期を実現するための Lock インターフェイスと Condition インターフェイスも提供しています。 synchronized キーワードと比較して、Lock インターフェイスと Condition インターフェイスはよりきめ細かい制御を提供し、より柔軟にスレッド同期を実現できます。以下は、Lock インターフェイスと Condition インターフェイスを使用してスレッド同期を実装する例です。

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class LockExample {
    private int count = 0;
    private Lock lock = new ReentrantLock();
    private Condition condition = lock.newCondition();
    
    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
            condition.signalAll();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public int getCount() {
        lock.lock();
        try {
            while (count < 1000) {
                condition.await();
            }
            return count;
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return -1;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        LockExample example = new LockExample();
        
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
        
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
        
        thread1.start();
        thread2.start();
        
        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("Count: " + example.getCount());
    }
}

上の例では、Lock インターフェイスと Condition インターフェイスを使用して count 変数に同期操作を実装しています。 lock() メソッドとunlock() メソッドを呼び出してロックを取得および解放し、await() メソッドと signalAll() メソッドを呼び出してスレッドを待機およびウェイクアップします。プログラムを実行すると、Count: 2000 が出力され、count 変数に対する 2 つのスレッドのインクリメント操作が正しく同期されていることを示します。

概要

Java にはスレッド同期と相互排他の問題に対する多くの解決策があります。この記事では、スレッド同期を実現するための synchronized キーワードと Lock インターフェイスと Condition インターフェイスの使用方法を紹介します。これらのメソッドを使用する場合は、次の原則に従う必要があります。

1. スレッド同期を達成するための最も簡単な方法 (synchronized キーワードの使用など) を使用するようにしてください。より詳細な制御が必要な場合にのみ、Lock インターフェイスと Condition インターフェイスの使用を検討してください。
2. synchronized キーワードを使用する場合は、不必要なパフォーマンスのオーバーヘッドを避けるために、クラス レベルのロックではなくオブジェクト レベルのロックを使用するようにしてください。
3. Lock インターフェイスと Condition インターフェイスを使用する場合は、ロックが確実に解放されるように、finally ブロックで必ずロックを解放してください。

スレッドの同期と相互排他の問題を適切に処理することで、多くの潜在的なスレッドの安全性の問題を回避し、プログラムの正確さと信頼性を確保できます。同時に、プログラムのパフォーマンスと同時実行性を向上させ、マルチコア プロセッサ上のハードウェア リソースを最大限に活用し、プログラムの実行効率を向上させることもできます。

以上がJava でのスレッド同期と相互排他の問題を解決する方法の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。