java同步异步和多线程编程

Posted 2023-05-26 xiaoyu_jane

Java基本概念

1. 并发

• 基于时间段内的，同时发生（处理多个任务的能力，时间段）
• 存在同步和互斥的问题（任务之间的时序问题）
  • 同步：前一个处理的结果作为下一个处理的资源（互相之间有依赖）
  • 互斥： 不能同时使用临界资源。
• 解决时序问题的机制： 锁，信号量，原子操作
• Java中的多线程机制

2. 并行（完全互相独立，以时刻为单位，通常借助于硬件了）
   同一个时刻处理多个任务的能力。

3. 异步（时序无关）
   不用等待一个结果出来，可以继续其他的操作

Java多线程编程

1. 使用场景

• 并行计算：Java多线程可以用于执行并行计算任务，将任务拆分成多个子任务，并使用多个线程同时执行，以提高计算性能和效率。这在处理大数据、复杂算法、图像处理等需要大量计算的场景中特别有用。
• 异步编程：Java多线程可以用于实现异步编程模型，提高系统的响应性能。通过将耗时的操作放入单独的线程中执行，可以让主线程继续执行其他任务或响应用户请求，从而避免阻塞和提高系统的并发能力。
• 服务器和网络编程：在服务器和网络编程中，Java多线程可用于处理多个客户端请求。每个客户端请求可以由一个独立的线程来处理，从而实现并发处理多个请求，提高服务器的吞吐量和响应速度。
• 图形界面(GUI)应用程序：对于需要实时更新界面或处理用户交互的图形界面应用程序，Java多线程可以用于将界面更新和用户事件处理逻辑与后台业务逻辑分离，以避免阻塞用户界面的情况发生，提升用户体验。
• 定时任务和调度：Java多线程可用于执行定时任务和调度任务。通过创建一个定时任务线程池，可以定期执行指定的任务，如数据备份、日志清理、定时统计等。
• 并发编程和数据共享：Java多线程可用于处理并发编程和数据共享的场景。通过使用锁、信号量、条件变量等机制，可以实现线程间的同步与互斥，确保多个线程对共享资源的安全访问。

2. 问题

• 线程安全性：多线程环境下，一个代码块、类或库能够在并发执行时始终保持正确的行为和状态。即数据的一致性、正确性和可预测性。
• 可能的原因：当多个线程同时访问共享资源时，内部的操作，可能会引发数据竞争、不一致或错误的结果。
• 现象： 死锁、资源竞争、数据不一致、数据与预期不符
• 解决方案：考虑线程安全性，进行线程同步和资源管理。

3. 线程安全的代码或者组件设计和实现机制

• 原子性（Atomicity）：操作在执行过程中不会被中断，要么全部执行成功，要么全部不执行。多个线程对共享资源的操作要么全部生效，要么全部不生效，避免了数据不一致的问题。
• 可见性（Visibility）：当一个线程对共享资源进行修改后，其他线程能够立即看到修改后的值。通过使用同步机制或volatile关键字，确保线程间对共享变量的修改能够及时被其他线程感知，避免了脏读、无效读取等问题。
• 有序性（Ordering）：保证多个线程执行的顺序符合预期。对共享资源的操作要按照特定的顺序进行，避免了由于操作顺序不当而引发的错误。

线程安全的方式：

• 使用锁（如synchronized关键字、Lock接口）来保护共享资源的访问。
• 使用原子类（如AtomicInteger、AtomicBoolean）来保证原子操作。
• 使用线程安全的数据结构（如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList）来替代非线程安全的数据结构。
• 使用并发工具类（如Semaphore、CountDownLatch）来协调和控制线程的执行。
• 使用不可变对象（Immutable Objects）来避免多线程环境下的状态变更问题。

异步和多线程的关系

1. 异步通信的意思是,当A发送完消息之后,不等待B的回应,继续执行之后的程序.在将来的某个时刻,A再来检查是否收到B的回应。

   异步就是彼此独立,在等待某事件的过程中继续做自己的事，不需要等待这一事件完成后再工作。

2. 多线程是程序设计的逻辑层概念，它是进程中并发运行的一段代码。多线程可以实现线程间的切换执行。

3. 异步和同步是相对的，同步就是顺序执行，执行完一个再执行下一个，需要等待、协调运行。线程就是实现异步的一个方式。异步是让调用方法的主线程不需要同步等待另一线程的完成，从而可以让主线程干其它的事情。

异步和多线程并不是一个同等关系,异步是最终目的,多线程只是我们实现异步的一种手段。异步是当一个调用请求发送给被调用者,而调用者不用等待其结果的返回而可以做其它的事情。实现异步可以采用多线程技术或则交给另外的进程来处理。

参考链接：
https://www.cnblogs.com/wantnewlive/p/9868750.html