深入了解Java並發程式設計：從wait和notify到java.util.concurrent

從wait和notify到java.util.concurrent：探索Java並發程式設計的進階方法

在Java程式設計中，實作並發是一個常見但也頗具挑戰性的任務。為了有效地解決並發問題，Java提供了一些基本的工具和類別，如synchronized關鍵字、wait和notify方法，以及Thread類別。然而，隨著應用程式的複雜性增加，這些基本工具往往無法滿足需求。為了更好地處理並發，Java還引入了java.util.concurrent套件，提供了一些更進階的並發程式設計方法和工具。本文將探討一些從wait和notify到java.util.concurrent的進階方法，同時提供具體程式碼範例。

wait和notify是Object類別中的方法，用來實作執行緒之間的通訊。 wait方法使執行緒進入等待狀態，直到其他執行緒呼叫notify方法來喚醒它。這種機制被廣泛用於實現線程間同步。以下是一個簡單的範例：

public class WaitNotifyExample {
    public static void main(String[] args) {
        final Object lock = new Object();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {
                    System.out.println("Thread 1 is waiting");
                    lock.wait();
                    System.out.println("Thread 1 is resumed");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Thread 2 is notifying");
                lock.notify();
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

上述程式碼建立了兩個線程，其中thread1呼叫了wait方法進入等待狀態，而thread2呼叫了notify方法來喚醒thread1。這樣，thread1將繼續執行。

然而，這種基本的等待和通知機制在實際應用上往往不夠靈活和有效率。它無法解決複雜的並發問題，例如執行緒池管理、可重入鎖、讀寫鎖等。為了更好地處理這些問題，Java提供了java.util.concurrent套件。

這個套件提供了一些更進階的並發程式設計方法和工具。以下是一些常用的類別和介面：

1. Executor介面：定義了用於管理執行緒執行的高階工具。可以使用執行緒池提供的實作類別來建立和管理執行緒。

Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
executor.execute(() -> {
    // 执行任务
});

2. Lock介面：提供了比synchronized更靈活且可重入的鎖定機制。 ReentrantLock是Lock介面的實作。

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    // 执行线程安全的操作
} finally {
    lock.unlock();
}

3. Condition介面：結合Lock介面使用，用於實現更精確的執行緒間通訊。可以透過await、signal和signalAll方法實現等待和通知功能。

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

lock.lock();
try {
    while (!conditionIsMet()) {
        condition.await();
    }
    // 执行逻辑
} finally {
    lock.unlock();
}

4. CountDownLatch類別：用於控制執行緒執行的等待。可以定義一個計數器，當計數器為0時，等待的執行緒將繼續執行。

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    // 执行任务
    latch.countDown();
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
    // 执行任务
    latch.countDown();
});

Thread thread3 = new Thread(() -> {
    // 执行任务
    latch.countDown();
});

latch.await();
// 等待三个线程执行完毕后继续执行

5. Semaphore類別：用來控制同時存取某個資源的執行緒數量。可以統一限制同時執行的執行緒數量。

Semaphore semaphore = new Semaphore(3);

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    try {
        semaphore.acquire();
        // 执行任务
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        semaphore.release();
    }
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
    try {
        semaphore.acquire();
        // 执行任务
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        semaphore.release();
    }
});

// 最多允许3个线程同时执行

透過使用這些高級方法和工具，我們可以更好地處理並發問題，並提高應用程式的效能和可靠性。然而，需要注意的是，使用這些功能時需要仔細考慮線程安全性和並發控制。

總結起來，Java提供了從基本的wait和notify方法到更高階的java.util.concurrent套件的進階方法來處理並發程式設計。我們可以根據實際需求和問題的複雜性來選擇適當的方法和工具。透過合理地利用並發程式設計方法，我們可以更好地管理執行緒執行、避免競態條件和死鎖，並提高應用程式的效能和品質。

希望本文提供的範例程式碼和方法對你在Java並發程式設計的學習和實踐中有所幫助。

以上是深入了解Java並發程式設計：從wait和notify到java.util.concurrent的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！