深入理解 Java 多线程：从隔离到协作

2023-09-07 05:25:46

在一个复杂的多线程系统中，确保每个对象的完整性至关重要。这要求我们防止并发访问导致对象进入不一致的状态。独占技术通过确保同一时刻只有一个线程可以修改对象的状态来实现这一目标。

在 Java 中，独占技术通过使用 synchronized 来实现。当一个线程进入一个 synchronized 方法或代码块时，它会获取该对象上的锁。这将阻止其他线程访问该对象，直到第一个线程释放锁。

public class Counter {
    private int count;

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

在这个示例中，increment() 方法被声明为 synchronized，这意味着同一时刻只有一个线程可以调用它。这确保了 count 字段始终处于一致的状态。

独占技术虽然有效，但也有其缺点。它可能会导致性能问题，尤其是在高并发系统中。为了解决这个问题，Java 提供了乐观并发控制和悲观并发控制等替代方案。

乐观并发控制允许多个线程同时访问对象，但它们在提交更改之前必须检查对象的当前状态。如果另一个线程在当前线程提交更改之前修改了对象，则提交将失败。

悲观并发控制通过在对象上获取排他锁来防止并发访问。这比乐观并发控制更严格，但它也提供了更高的安全性。

Java 中的 wait() 和 notify() 方法提供了另一种线程协作机制。wait() 方法使当前线程进入等待状态，直到被另一个线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法唤醒。这对于协调线程之间的活动非常有用。

public class ProducerConsumer {
    private final Object lock = new Object();
    private Queue<Integer> queue;

    public void produce() {
        synchronized (lock) {
            while (queue.size() == MAX_SIZE) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            queue.add(1);
            lock.notifyAll();
        }
    }

    public void consume() {
        synchronized (lock) {
            while (queue.isEmpty()) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            queue.remove();
            lock.notifyAll();
        }
    }
}