Какие существуют базовые способы синхронизации в Java?

Основные базовые способы синхронизации в Java:

1. Ключевое слово synchronized:

   • Используется для синхронизации методов или блоков кода.
   • Метод, помеченный synchronized, блокирует доступ к экземпляру объекта для других синхронизированных методов этого же объекта.
   • synchronized (this): синхронизация по текущему экземпляру объекта.
   • synchronized (ClassName.class): синхронизация по классу, блокирует доступ для всех потоков, работающих с этим классом.
   • synchronized (object): синхронизация по конкретному объекту-монитору.

   class Counter {
       private int count = 0;
   
       // Синхронизированный метод
       public synchronized void increment() {
           count++;
       }
   
       public void decrement() {
           // Синхронизированный блок
           synchronized (this) {
               count--;
           }
       }
   }
   

2. Ключевое слово volatile:

   • Гарантирует видимость изменений переменной между потоками.
   • Не гарантирует атомарность сложных операций (например, i++), только чтение и запись.
   • Применяется к полям класса.

   class SharedData {
       volatile boolean flag = false;
   
       public void setFlag(boolean value) {
           flag = value; // Изменение флага становится видимым для других потоков
       }
   
       public boolean getFlag() {
           return flag;
       }
   }
   

3. Явные блокировки (Explicit Locks):

   • Предоставляют более гибкий контроль по сравнению с synchronized.
   • Интерфейс Lock и его реализации, например ReentrantLock.
   • Позволяют выбирать между честным и нечестным режимом блокировки, получать состояние блокировки, прерывать поток во время ожидания блокировки.
   • Требуют явного вызова lock() и unlock(). Важно использовать блок finally для вызова unlock().

   import java.util.concurrent.locks.Lock;
   import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
   
   class Resource {
       private final Lock lock = new ReentrantLock();
   
       public void performAction() {
           lock.lock(); // Захват блокировки
           try {
               // Критическая секция
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " acquired lock");
               Thread.sleep(100); // Имитация работы
           } catch (InterruptedException e) {
               Thread.currentThread().interrupt();
           } finally {
               lock.unlock(); // Освобождение блокировки
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " released lock");
           }
       }
   }
   

4. wait(), notify(), notifyAll():

   • Методы класса Object, используемые для взаимодействия потоков, ожидающих освобождения монитора.
   • wait(): освобождает монитор и переводит поток в состояние ожидания до вызова notify() или notifyAll().
   • notify(): будит один поток, ожидающий на этом мониторе.
   • notifyAll(): будит все потоки, ожидающие на этом мониторе.
   • Должны вызываться внутри синхронизированного блока или метода для того же объекта-монитора.

   class ProducerConsumer {
       private final Object monitor = new Object();
       private boolean isProduced = false;
   
       public void produce() throws InterruptedException {
           synchronized (monitor) {
               while (isProduced) {
                   monitor.wait(); // Ждем, пока потребитель не съест
               }
               // Производим
               System.out.println("Produced");
               isProduced = true;
               monitor.notifyAll(); // Уведомляем потребителей
           }
       }
   
       public void consume() throws InterruptedException {
           synchronized (monitor) {
               while (!isProduced) {
                   monitor.wait(); // Ждем, пока производитель не произведет
               }
               // Потребляем
               System.out.println("Consumed");
               isProduced = false;
               monitor.notifyAll(); // Уведомляем производителей
           }
       }
   }
   

Эти механизмы являются основой для создания безопасного многопоточного кода в Java. Выбор конкретного способа зависит от специфики задачи и требуемого уровня контроля над синхронизацией.