Java マルチスレッドの詳細な分析: スレッドの状態遷移とスレッド間通信を理解する

Java マルチスレッド原理分析: スレッド状態遷移とスレッド間通信

Java では、マルチスレッド プログラミングは並列コンピューティングを実現し、パフォーマンスを向上させる一般的な方法です。プログラムのパフォーマンス。マルチスレッド プログラミングでは、コンピューターのマルチコア機能を最大限に活用し、プログラムで複数のタスクを同時に実行できます。ただし、マルチスレッド プログラムを正しく作成し、その正確さとパフォーマンスを保証することは、比較的複雑な作業です。

この記事では、スレッドの状態遷移とスレッド間の通信に焦点を当てて、Java マルチスレッドの原理を分析します。これらの概念を説明するために、具体的なコード例が提供されています。

1. スレッド状態遷移

Java では、スレッドの状態は Thread クラスの State 列挙型によって表されます。一般的なスレッドの状態は次のとおりです。

1.1 New (新規): スレッド オブジェクトが作成されたが start() メソッドが呼び出されなかった場合、スレッドは新しい状態になります。

1.2 実行可能: start() メソッドを呼び出した後、スレッドは実行可能な状態になります。この状態のスレッドは、CPU スケジューリングの実行を待機している可能性があります。

1.3 ブロック中: スレッドは、リソースを待機しているか、何らかのブロック状況が発生したため、実行を一時停止する可能性があります。たとえば、スレッドが sleep() メソッドを呼び出したり、オブジェクトのロックを待機したりすると、スレッドはブロッキング状態になります。

1.4 待機中: スレッドは、Object クラスの wait() メソッドを呼び出すことによって待機状態に入ることができます。待機状態のスレッドは、実行を続行する前に、他のスレッドからの通知を待つ必要があります。たとえば、スレッドが特定の条件が満たされるのを待機する場合などです。

1.5 時間指定待機: 待機状態と似ていますが、タイムアウトがあります。スレッドは指定された時間待機でき、タイムアウトに達すると、スレッドは自動的に起動します。

1.6 終了: スレッドがタスクを完了するか異常終了すると、終了状態になります。

スレッドの状態遷移を次の図に示します。

           |
           V
New -> Runnable -> Blocked -> Runnable -> Terminated
           |    ^        |
           V    |        |
        Waiting <-       |
           |    |
           V    |
   Timed Waiting <---

次は、スレッドの状態遷移プロセスを示す簡単なサンプル コードです。

public class ThreadStateExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000); // 线程进入Timed Waiting状态
                synchronized (ThreadStateExample.class) { // 线程进入Blocked状态
                    ThreadStateExample.class.wait(); // 线程进入Waiting状态
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        System.out.println("Thread state: " + thread.getState()); // NEW
        thread.start();
        System.out.println("Thread state: " + thread.getState()); // RUNNABLE
        Thread.sleep(200); // 让线程有足够的时间进入Timed Waiting状态
        System.out.println("Thread state: " + thread.getState()); // TIMED_WAITING
        Thread.sleep(1000); // 让线程有足够的时间进入Waiting状态
        System.out.println("Thread state: " + thread.getState()); // WAITING
        synchronized (ThreadStateExample.class) {
            ThreadStateExample.class.notify(); // 唤醒线程
        }
        Thread.sleep(200);
        System.out.println("Thread state: " + thread.getState()); // BLOCKED
        thread.join();
        System.out.println("Thread state: " + thread.getState()); // TERMINATED
    }
}

2. スレッド間の通信

マルチスレッド プログラミングでは、スレッド間通信は重要なテクノロジです。スレッド間通信によりスレッド間の連携が実現され、スレッドが順序立ててタスクを実行できるようになります。

Java は、共有メモリ、待機/通知メカニズム、セマフォ、モニターなどを含む豊富なスレッド間通信メソッドを提供します。その中で最も一般的な方法は、共有オブジェクトを通じてスレッド間通信を実現することです。

共有オブジェクトは通常、複数のスレッドからアクセスできるオブジェクトです。スレッド間のデータ交換と共同作業は、共有オブジェクトの読み取りと書き込みによって実現できます。

以下は、スレッド間の通信方法を示す簡単なサンプル コードです。

public class ThreadCommunicationExample {
    static class SharedObject {
        private int value;
        private boolean isValueReady;

        public synchronized int getValue() {
            while (!isValueReady) {
                try {
                    wait(); // 等待value准备好
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            return value;
        }

        public synchronized void setValue(int value) {
            this.value = value;
            isValueReady = true; // 设置value准备好的标记
            notify(); // 唤醒等待的线程
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SharedObject sharedObject = new SharedObject();

        Thread readerThread = new Thread(() -> {
            int value = sharedObject.getValue();
            System.out.println("The value is: " + value);
        });

        Thread writerThread = new Thread(() -> {
            int value = 42;
            sharedObject.setValue(value);
        });

        readerThread.start();
        writerThread.start();
    }
}

上記のコードでは、スレッド間の通信は共有オブジェクト sharedObject## を通じて実現されています。 ＃ コミュニケーション。 ReaderThread スレッドは、値を読み取る前に値の準備ができるまで待機し、writerThread スレッドは値の値を設定します。値の準備ができたら、readerThread スレッドが起動されて、値の値を読み取ります。

スレッドの状態遷移とスレッド間通信の上記の分析を通じて、Java マルチスレッド プログラミングをよりよく理解し、使用できるようになります。同時に、デッドロックやスレッドの安全性の問題を回避するだけでなく、マルチスレッド プログラミングにおける同期とロックのメカニズムにも注意を払う必要があります。マルチスレッドテクノロジを合理的に使用すると、プログラムのパフォーマンスと応答速度が向上します。

以上がJava マルチスレッドの詳細な分析: スレッドの状態遷移とスレッド間通信を理解するの詳細内容です。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。