Fale brevemente sobre as ideias de implementação de segurança de thread em Java?

Na programação multithread em Java, segurança de thread é um conceito muito importante. A segurança de thread geralmente significa que um programa ainda pode manter o comportamento correto quando vários threads são executados simultaneamente. Java fornece muitos métodos para obter segurança de encadeamento, este artigo apresentará várias ideias de implementação comuns.

1. Use a palavra-chave sincronizada

A palavra-chave sincronizada é a maneira mais fundamental de resolver o problema de segurança de encadeamento em Java, o que pode garantir que o bloco de código seja executado atomicamente. sincronizado pode ser usado para decorar métodos de instância, métodos estáticos e blocos de código. A seguir está o código de exemplo do método de instância modificado sincronizado:

public class Counter {
    private int count;

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

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

No código acima, os métodos increment() e getCount() são modificados por sincronizados, de modo que apenas um thread possa acessá-los por vez. Embora esse método seja simples, sua eficiência é relativamente baixa, pois apenas uma thread pode acessar esses métodos por vez.

2. Use a classe ReentrantLock

A classe ReentrantLock em Java fornece um mecanismo de sincronização de encadeamento mais flexível do que o sincronizado. ReentrantLock é reentrante, pode interromper o thread que está aguardando o bloqueio e tentar adquirir o bloqueio por meio do método tryLock(). Veja a seguir um exemplo de código para segurança de thread usando ReentrantLock:

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Counter {
    private int count;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getCount() {
        lock.lock();
        try {
            return count;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

No código acima, lock.lock() é usado para adquirir o bloqueio e lock.unlock() é usado para liberar o bloqueio. Ao usar o ReentrantLock, deve-se observar que a lógica de aquisição e liberação de bloqueios deve ser colocada em um bloco try-finally para garantir que o bloqueio seja liberado corretamente.

3. Use a classe ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap é uma implementação de tabela de hash thread-safe em Java. ConcurrentHashMap usa um mecanismo de bloqueio de segmento para dividir toda a tabela de hash em vários segmentos, e elementos em diferentes segmentos podem ser acessados ​​por vários encadeamentos ao mesmo tempo. Aqui está um código de exemplo para thread safety usando ConcurrentHashMap:

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class Counter {
    private ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

    public void increment(String key) {
        map.put(key, map.getOrDefault(key, 0) + 1);
    }

    public int getCount(String key) {
        return map.getOrDefault(key, 0);
    }
}

No código acima, ConcurrentHashMap é usado para armazenar o valor do contador, e o método map.put() e map.getOrDefault() é usado para atualizar e obter o valor do contador. Como ConcurrentHashMap é thread-safe, essa implementação pode garantir que o valor do contador esteja correto quando vários threads o acessam ao mesmo tempo.

4. Use a classe Atômica

A classe Atomic em Java fornece um conjunto de operações atômicas que garantem que as operações sejam executadas atomicamente. As classes atômicas incluem AtomicBoolean, AtomicInteger, AtomicLong, etc. Aqui está um código de exemplo para thread safety usando AtomicInteger:

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class Counter {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger();

    public void increment() {
        count.incrementAndGet();
    }

    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

No código acima, AtomicInteger é usado para armazenar o valor do contador e o método count.incrementAndGet() é usado para atualizar o valor do contador. Como AtomicInteger é thread-safe, essa implementação pode garantir que o valor do contador esteja correto quando vários threads o acessam ao mesmo tempo.

5. Use a classe ThreadLocal

A classe ThreadLocal permite que cada thread tenha sua própria cópia de variáveis. Quando vários threads são executados simultaneamente, cada thread pode operar independentemente sua própria cópia de variáveis, evitando assim problemas de segurança de thread. Veja a seguir um exemplo de código para segurança de encadeamento usando ThreadLocal:

public class Counter {
    private ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);

    public void increment() {
        threadLocal.set(threadLocal.get() + 1);
    }

    public int getCount() {
        return threadLocal.get();
    }
}

No código acima, a classe ThreadLocal é usada para armazenar o valor do contador, e os métodos threadLocal.set() e threadLocal.get() são usados ​​para atualizar e obter o valor do contador. Como cada thread tem sua própria cópia da variável, essa implementação garante que o valor do contador esteja correto quando vários threads o acessam ao mesmo tempo.

para concluir

Este artigo apresenta várias maneiras de obter segurança de thread em Java, incluindo a palavra-chave sincronizada, classe ReentrantLock, classe ConcurrentHashMap, classe Atomic, classe ThreadLocal, etc. Cada método tem suas características e cenários aplicáveis, e o método adequado precisa ser selecionado de acordo com as necessidades reais. Em aplicações práticas, para melhorar o desempenho e a simultaneidade do sistema, vários métodos podem ser usados ​​em combinação para alcançar a segurança do encadeamento.