Java 虚拟线程与 `synchronized` 深入解析

简介

在 Java 多线程编程中，线程同步是一个关键概念，它能确保多个线程安全地访问共享资源。synchronized 关键字是 Java 中用于实现线程同步的重要工具。随着 Java 19 引入虚拟线程，多线程编程迎来了新的变革。本文将深入探讨 Java 虚拟线程与 synchronized 的结合使用，帮助读者理解其基础概念、掌握使用方法、了解常见实践以及最佳实践。

Java 虚拟线程基础

Java 虚拟线程是 Java 19 引入的轻量级线程实现，它由 Java 运行时管理，而不是操作系统。虚拟线程的创建和销毁成本极低，数量可以达到数百万个，非常适合处理大量的并发任务。以下是一个简单的虚拟线程创建示例：

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;

public class VirtualThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadFactory virtualThreadFactory = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
        virtualThreadFactory.newThread(() -> {
            System.out.println("This is a virtual thread.");
        }).start();
    }
}

`synchronized` 关键字基础

synchronized 关键字用于实现线程同步，确保同一时间只有一个线程可以访问被 synchronized 修饰的代码块或方法。它有两种使用方式：

同步方法

public class SynchronizedMethodExample {
    private int count = 0;

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

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SynchronizedMethodExample example = new SynchronizedMethodExample();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("Count: " + example.count);
    }
}

同步代码块

public class SynchronizedBlockExample {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object();

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

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SynchronizedBlockExample example = new SynchronizedBlockExample();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("Count: " + example.count);
    }
}

虚拟线程与 `synchronized` 的结合使用

虚拟线程和普通线程一样，可以使用 synchronized 关键字来实现线程同步。以下是一个使用虚拟线程和 synchronized 的示例：

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;

public class VirtualThreadSynchronizedExample {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object();

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

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VirtualThreadSynchronizedExample example = new VirtualThreadSynchronizedExample();
        ThreadFactory virtualThreadFactory = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();

        Thread t1 = virtualThreadFactory.newThread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });
        Thread t2 = virtualThreadFactory.newThread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("Count: " + example.count);
    }
}

常见实践

保护共享资源

使用 synchronized 保护共享资源，确保同一时间只有一个线程可以访问和修改它，避免数据竞争和不一致问题。

同步方法调用

在多线程环境中，对共享对象的方法调用进行同步，确保方法的执行是线程安全的。

最佳实践

缩小同步范围

尽量缩小 synchronized 代码块的范围，减少线程阻塞的时间，提高并发性能。

public class NarrowSynchronizedExample {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object();

    public void increment() {
        // 非同步操作
        // ...

        synchronized (lock) {
            count++;
        }

        // 非同步操作
        // ...
    }
}

使用显式锁

在某些情况下，使用 java.util.concurrent.locks.Lock 接口的实现类（如 ReentrantLock）可以提供更灵活的锁控制，如可重入锁、公平锁等。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ExplicitLockExample {
    private int count = 0;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();

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

小结

本文介绍了 Java 虚拟线程和 synchronized 关键字的基础概念，探讨了它们的结合使用方法，并给出了常见实践和最佳实践。虚拟线程和 synchronized 结合可以有效地处理大量并发任务，确保共享资源的线程安全。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的同步方式，合理缩小同步范围，以提高并发性能。

参考资料

Java 官方文档
《Effective Java》
《Java 并发编程实战》

Java 虚拟线程与 synchronized 深入解析

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