Niyə ip yarışları baş verir və onlarla necə mübarizə aparmaq olar?

Yarış şərtləri (race conditions) baş verir ki, bir neçə axın eyni zamanda dəyişdirilə bilən ümumi məlumatlara müraciət edir və nəticə onların icra sırasına bağlıdır. Problemdir ki, axın planlayıcısı istənilən vaxt axını dəyişə bilər və kodda atomik görünən əməliyyat digər axınlar tərəfindən bölünərək icra oluna bilər.

Yarış şərtləri ilə mübarizə ümumi resurslara düzgün girişin təmin olunmasına yönəlib. Əsas metodlar:

• Sinxronizasiya: Paylaşılan məlumatların istifadə olunduğu kritik bölmələrə eyni vaxtda girişin məhdudlaşdırılması. Populyar mexanizmlər:

  • synchronized açar sözü: obyekt və ya sinif səviyyəsində kilid təmin edir.

  // Obyekt səviyyəsində kilid
  synchronized (this) {
      // Kritik bölmə
      sharedData++;
  }
  
  // Sinif səviyyəsində kilid
  synchronized (MyClass.class) {
      // Kritik bölmə
      sharedStaticData++;
  }
  

  • Aydın kilidlər (Lock interfeysi, ReentrantLock): Daha çox elastiklik təmin edir, məsələn, kilidi almağa cəhd etmək və ya vaxt limiti ilə almaq.

  Lock lock = new ReentrantLock();
  // ...
  lock.lock(); // Kilidi almaq
  try {
      // Kritik bölmə
      sharedData++;
  } finally {
      lock.unlock(); // Kilidi azad etmək (mütləq finally-də)
  }
  

• Atomik əməliyyatlar: java.util.concurrent.atomic paketindən siniflərin istifadəsi, bu siniflər, atomik əməliyyatlar (məsələn, artırma, müqayisə və dəyişdirmə) təmin edir, açıq kiliddən istifadə etmədən.

  import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
  
  AtomicInteger atomicCounter = new AtomicInteger(0);
  // ...
  atomicCounter.incrementAndGet(); // Atomik artırma
  

• İş parçacığı üçün təhlükəsiz kolleksiyalar: java.util.concurrent paketindən kolleksiyaların istifadəsi (məsələn, ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList), çox iş parçacığı mühitində işləmək üçün nəzərdə tutulub.

• Dəyişməz məlumatlar (Immutable objects): Əgər məlumatlar yaradıldıqdan sonra dəyişdirilə bilməzsə, çoxsaylı giriş yarış şərtlərinə səbəb olmaz.

• İş parçacığı-yerli yaddaş (Thread-Local Storage): Hər bir iş parçacığının öz nüsxəsi var, bu da ümumi giriş problemini aradan qaldırır.

Yöntəm seçimi konkret vəziyyətə və tələb olunan sinxronizasiya səviyyəsinə bağlıdır. Həddindən artıq sinxronizasiya əhəmiyyətli xərclərə və hətta deadlocklara səbəb ola bilər.