JAVA コア同時実行プログラミング モデルの実践ガイド

JAVA コア同時実行プログラミング モデル実践ガイド

今日のソフトウェア開発分野では、マルチコア プロセッサと分散システムが主流になっています。ハードウェア リソースを最大限に活用するには、並行プログラムを作成して並列処理を実現し、パフォーマンスを向上させる必要があります。主流のプログラミング言語として、JAVA は豊富な同時プログラミング モデルとツールのセットを提供します。この記事では、いくつかの具体的なコード例を通じて JAVA のコア同時プログラミング モデルを深く理解し、これらのモデルを使用して同時プログラミングを実践する方法を学びます。

1. スレッドの基本
   まず、JAVA の最も基本的な同時プログラミング要素であるスレッドを見てみましょう。 JAVA のスレッドは、java.lang.Thread クラスによって表されます。以下は単純なスレッドの例です。

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello, this is my thread!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();
    }
}

この例では、Thread を継承するカスタム スレッド クラス MyThread を作成し、run メソッドの Simple message に段落を出力するように run メソッドを書き換えます。 main メソッドでは、MyThread のインスタンスを作成し、start メソッドを通じてスレッドを開始します。

2. Runnable インターフェイス
   Thread クラスの継承に加えて、java.lang.Runnable インターフェイスを実装してスレッドを作成することもできます。次に、Runnable インターフェイスの使用例を示します。

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Hello, this is my runnable!");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread myThread = new Thread(new MyRunnable());
        myThread.start();
    }
}

この例では、Runnable インターフェイスを実装するカスタム クラス MyRunnable を作成し、run メソッドをオーバーライドしました。 main メソッドでは、Thread オブジェクトを作成し、MyRunnable のインスタンスをパラメータとして渡し、start メソッドを通じてスレッドを開始します。

3. スレッド プール
   実際の同時プログラミングでは、スレッドの頻繁な作成と破棄が大きなパフォーマンス オーバーヘッドにつながります。したがって、JAVA はスレッドを管理および再利用するためのスレッド プールを提供します。以下は、スレッド プールを使用する簡単な例です。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("" + i);
            executor.execute(worker);
        }
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }
}

class WorkerThread implements Runnable {
    private String message;

    public WorkerThread(String s) {
        this.message = s;
    }

    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " (Start) message = " + message);
        processMessage();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " (End)");
    }

    private void processMessage() {
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

この例では、Executors ツール クラスを使用して、固定サイズ 3 のスレッド プールを作成します。次に、WorkerThread の 5 つのインスタンスを作成し、スレッド プールに送信しました。スレッド プールは、これらのスレッドの実行を管理します。

4. ロックと同期
   同時プログラミングでは、ロックと同期は非常に重要な概念です。 JAVA は、スレッド間の同期を達成するために役立つ synchronized キーワードと Lock インターフェイスを提供します。次に、synchronized キーワードの使用例を示します。

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized void decrement() {
        count--;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

この例では、Counter クラスを作成しました。このクラスでは、increment、decrement、および getCount メソッドはすべて、synchronized キーワードを使用して同期を実現します。これにより、複数のスレッドからのこれらのメソッドの呼び出しが安全になります。

さらに、JAVA の同時実行パッケージは、ReentrantLock や ReadWriteLock などのさまざまなロック実装も提供します。 ReentrantLock の使用例を次に示します。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockExample {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void performTask() {
        lock.lock();
        try {
            // 执行需要同步的代码块
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

この例では、ReentrantLock のインスタンスを作成し、lock と lock を使用してクリティカル セクションをロックおよびロック解除します。この方法は、synchronized キーワードよりも柔軟で、ロックの取得と解放を手動で制御できます。

5. 同時コレクション
   同時プログラミングでデータを安全に共有するために、JAVA は、ConcurrentHashMap や CopyOnWriteArrayList など、同時実行に安全なコレクション クラスをいくつか提供しています。以下は ConcurrentHashMap の使用例です:

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentMapExample {
    private ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();

    public void addKeyValuePair(String key, String value) {
        map.put(key, value);
    }

    public String getValueByKey(String key) {
        return map.get(key);
    }
}

この例では、ConcurrentHashMap インスタンスを作成し、put メソッドと get メソッドを使用して、追加の同期操作を必要とせずに Map 内のデータを安全に操作します。

上記の例を通じて、スレッドの基本、スレッド プール、ロックと同期、同時コレクションなど、JAVA のコア同時プログラミング モデルを深く理解できました。実際のプロジェクトでは、これらの同時プログラミング モデルを合理的に使用すると、プログラムのパフォーマンスと安定性を向上させることができます。この記事が、読者が JAVA での並行プログラミングの知識をよりよく習得し、実際に効率的な並行プログラムを作成するのに役立つことを願っています。

以上がJAVA コア同時実行プログラミング モデルの実践ガイドの詳細内容です。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。