Как обеспечить синхронизацию в многопоточной среде?

Для обеспечения синхронизации в многопоточной среде в Java используют следующие механизмы:

• Ключевое слово synchronized: Позволяет сделать метод или блок кода атомарным. Только один поток может выполнять синхронизированный метод или блок на данном объекте в любой момент времени.

  // Синхронизированный метод
  public synchronized void incrementCounter() {
      counter++;
  }
  
  // Синхронизированный блок
  public void updateData() {
      synchronized (this) { // Синхронизация по текущему объекту
          // Код, требующий синхронизации
      }
  }
  

• Классы из пакета java.util.concurrent: Предоставляют более гибкие и высокоуровневые средства синхронизации.

  • Lock (например, ReentrantLock): Более мощная альтернатива synchronized, позволяющая использовать таймауты, избирательную блокировку и неблокирующие попытки захвата.

    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
    
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    
    public void process() {
        lock.lock(); // Захват блокировки
        try {
            // Критическая секция
        } finally {
            lock.unlock(); // Освобождение блокировки
        }
    }
    

  • Semaphore: Ограничивает количество потоков, которые могут одновременно получить доступ к ресурсу.

    import java.util.concurrent.Semaphore;
    
    private final Semaphore semaphore = new Semaphore(5); // Разрешаем 5 потокам доступ
    
    public void consume() throws InterruptedException {
        semaphore.acquire(); // Захват разрешения
        try {
            // Доступ к ресурсу
        } finally {
            semaphore.release(); // Освобождение разрешения
        }
    }
    

  • CountDownLatch: Позволяет одному или нескольким потокам ждать, пока счетчик не достигнет нуля.

  • CyclicBarrier: Позволяет группе потоков ожидать друг друга в определенной точке (барьере), пока все не достигнут ее.

  • Exchanger: Позволяет двум потокам обмениваться объектами.

• volatile ключевое слово: Гарантирует видимость изменений переменной для всех потоков. Не обеспечивает атомарность операций.

  private volatile boolean flag = false;
  

• Атомарные классы из пакета java.util.concurrent.atomic: Предоставляют атомарные операции над примитивными типами и ссылками без использования блокировок.

  import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
  
  private final AtomicInteger atomicCounter = new AtomicInteger(0);
  
  public void incrementAtomicCounter() {
      atomicCounter.incrementAndGet(); // Атомарное инкрементирование
  }
  

Выбор конкретного механизма зависит от специфики задачи и требуемого уровня синхронизации.