Java - 執行緒同步

執行緒同步的必要性？

當我們在程式中啟動兩個或多個執行緒時，可能會出現多個執行緒嘗試訪問同一資源的情況，最終由於併發問題而產生不可預見的結果。例如，如果多個執行緒嘗試寫入同一個檔案，則它們可能會損壞資料，因為其中一個執行緒可能會覆蓋資料，或者當一個執行緒正在開啟同一個檔案時，另一個執行緒可能正在關閉同一個檔案。

因此，需要同步多個執行緒的操作，並確保在給定時間點只有一個執行緒可以訪問該資源。這是使用稱為監視器的概念實現的。Java 中的每個物件都與一個監視器關聯，執行緒可以鎖定或解鎖該監視器。同一時間只有一個執行緒可以持有監視器的鎖。

Java 中的執行緒同步

Java 程式語言提供了一種非常方便的方法來建立執行緒並使用synchronized塊同步其任務。您將共享資源儲存在此塊中。以下是 synchronized 語句的一般形式：

語法

synchronized(objectidentifier) {
   // Access shared variables and other shared resources
}

在這裡，objectidentifier 是對物件的引用，其鎖與 synchronized 語句表示的監視器相關聯。現在我們將看到兩個示例，我們將使用兩個不同的執行緒列印計數器。當執行緒不同步時，它們列印的計數器值不是按順序的，但是當我們將計數器放在 synchronized() 塊中列印時，它會為兩個執行緒按順序列印計數器。

無執行緒同步的多執行緒示例

這是一個簡單的示例，它可能會也可能不會按順序列印計數器值，並且每次執行它時，它都會根據 CPU 對執行緒的可用性產生不同的結果。

示例

class PrintDemo {
   public void printCount() {
      try {
         for(int i = 5; i > 0; i--) {
            System.out.println("Counter   ---   "  + i );
         }
      } catch (Exception e) {
         System.out.println("Thread  interrupted.");
      }
   }
}

class ThreadDemo extends Thread {
   private Thread t;
   private String threadName;
   PrintDemo  PD;

   ThreadDemo( String name,  PrintDemo pd) {
      threadName = name;
      PD = pd;
   }
   
   public void run() {
      PD.printCount();
      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
   }

   public void start () {
      System.out.println("Starting " +  threadName );
      if (t == null) {
         t = new Thread (this, threadName);
         t.start ();
      }
   }
}

public class TestThread {
   public static void main(String args[]) {

      PrintDemo PD = new PrintDemo();

      ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread - 1 ", PD );
      ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread - 2 ", PD );

      T1.start();
      T2.start();

      // wait for threads to end
         try {
         T1.join();
         T2.join();
      } catch ( Exception e) {
         System.out.println("Interrupted");
      }
   }
}

每次執行此程式都會產生不同的結果：

輸出

Starting Thread - 1
Starting Thread - 2
Counter   ---   5
Counter   ---   4
Counter   ---   3
Counter   ---   5
Counter   ---   2
Counter   ---   1
Counter   ---   4
Thread Thread - 1  exiting.
Counter   ---   3
Counter   ---   2
Counter   ---   1
Thread Thread - 2  exiting.

帶執行緒同步的多執行緒示例

這是同一個示例，它按順序列印計數器值，並且每次執行它時，它都會產生相同的結果。

示例

class PrintDemo {
   public void printCount() {
      try {
         for(int i = 5; i > 0; i--) {
            System.out.println("Counter   ---   "  + i );
         }
      } catch (Exception e) {
         System.out.println("Thread  interrupted.");
      }
   }
}

class ThreadDemo extends Thread {
   private Thread t;
   private String threadName;
   PrintDemo  PD;

   ThreadDemo( String name,  PrintDemo pd) {
      threadName = name;
      PD = pd;
   }
   
   public void run() {
      synchronized(PD) {
         PD.printCount();
      }
      System.out.println("Thread " +  threadName + " exiting.");
   }

   public void start () {
      System.out.println("Starting " +  threadName );
      if (t == null) {
         t = new Thread (this, threadName);
         t.start ();
      }
   }
}

public class TestThread {

   public static void main(String args[]) {
      PrintDemo PD = new PrintDemo();

      ThreadDemo T1 = new ThreadDemo( "Thread - 1 ", PD );
      ThreadDemo T2 = new ThreadDemo( "Thread - 2 ", PD );

      T1.start();
      T2.start();

      // wait for threads to end
      try {
         T1.join();
         T2.join();
      } catch ( Exception e) {
         System.out.println("Interrupted");
      }
   }
}

每次執行此程式都會產生相同的結果：

輸出

Starting Thread - 1
Starting Thread - 2
Counter   ---   5
Counter   ---   4
Counter   ---   3
Counter   ---   2
Counter   ---   1
Thread Thread - 1  exiting.
Counter   ---   5
Counter   ---   4
Counter   ---   3
Counter   ---   2
Counter   ---   1
Thread Thread - 2  exiting.