同步与并发：Java的同步舞蹈

现在，我们将深入探讨同步与并发，这是确保多线程程序正确性和效率的关键，就像是Java的同步舞蹈。

1 并发的概念

并发是指在多处理器系统中，多个操作或多个线程同时进行执行。在Java中，这意味着能够有效地利用多核处理器资源，提高程序性能。

2 线程间的通信

线程间的通信主要依靠共享内存，而同步机制确保了线程在访问共享资源时的一致性和线程安全。

3 同步方法

在Java中，可以通过synchronized关键字来同步方法，确保一次只有一个线程可以执行该方法。

示例代码：

public class SynchronizedMethod {public synchronized void doWork() {// 仅允许一个线程同时执行这个方法}
}

4 同步块

同步块提供了更细粒度的控制，允许只同步代码的一部分。

示例代码：

public class SynchronizedBlock {private final Object lock = new Object();public void doWork() {synchronized (lock) {// 仅允许一个线程同时执行括号内的代码}}
}

5 可见性

可见性是指一个线程对共享变量的修改能够被其他线程看到。在Java中，volatile关键字可以保证变量的可见性。

示例代码：

public class Visibility {private volatile boolean active = true;public void stop() {active = false;}public void doWork() {while (active) {// 工作代码}}
}

6 死锁

死锁发生在两个或多个线程相互等待对方释放资源，导致程序无法继续执行。避免死锁是并发编程中的一个挑战。

7 避免死锁的策略

• 锁定顺序：总是以相同的顺序获取锁。

• 锁定超时：尝试获取锁时使用超时。

• 死锁检测：周期性地检查死锁并手动解决。

8 并发工具

Java的java.util.concurrent包提供了多种并发工具，如CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore等，这些工具帮助程序员更容易地处理复杂的并发问题。

示例代码（CountDownLatch）：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;public class LatchExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {final int totalThreads = 5;CountDownLatch latch = new CountDownLatch(totalThreads);for (int i = 0; i < totalThreads; i++) {new Thread(new Worker(latch)).start();}latch.await(); // 等待所有线程完成System.out.println("All threads have finished execution");}static class Worker implements Runnable {private final CountDownLatch latch;public Worker(CountDownLatch latch) {this.latch = latch;}@Overridepublic void run() {try {// 执行工作} finally {latch.countDown(); // 完成时计数减一}}}
}

9 并发集合

java.util.concurrent包还提供了线程安全的并发集合，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们为并发程序提供了高效的数据结构。

示例代码（ConcurrentHashMap）：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;public class ConcurrentMapExample {private static ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();public static void main(String[] args) {map.put(1, "One");map.put(2, "Two");// 可以安全地由多个线程访问和修改}
}

通过这一节的学习，你现在应该对Java中的同步与并发有了深入的理解。同步与并发是确保多线程程序正确性和效率的关键，它们允许程序在多核处理器上高效运行。掌握这些概念，可以帮助你编写出既正确又高效的并发程序。下一节，我们将探讨线程池与并发工具，这是Java的分身管理器，用于管理线程的创建和执行。