线程同步、异步

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线程同步与异步

在多线程编程中，线程同步和异步是两种基本的执行方式，它们决定了代码的执行顺序和时间。理解同步和异步对于设计和实现并发控制至关重要。

线程同步（Synchronous）

线程同步，顾名思义，是指线程按照某种固定的顺序执行。在同步操作中，一个线程的执行可能依赖于另一个线程的结果。因此，需要采取一定的机制来确保线程之间能够按照预定的顺序执行。

同步的特点

  • 顺序性：操作必须按照一定的顺序执行，不能乱序。
  • 阻塞性：如果一个线程在等待某个条件满足（如等待另一个线程完成任务），它会被阻塞，直到条件满足。
  • 控制复杂性：同步操作通常需要更多的控制逻辑来管理线程间的交互，这可能会使得代码更加复杂。

同步的实现方式

  1. synchronized 关键字：在 Java 中，可以使用 synchronized 关键字来创建同步代码块或同步方法。
  2. Lock 接口：Java 提供了 java.util.concurrent.locks.Lock 接口，它提供了比 synchronized 更灵活的锁定机制。
  3. wait/notify 机制：通过调用对象的 wait() 方法使线程等待，notify() 或 notifyAll() 方法唤醒等待的线程。

线程异步（Asynchronous）

与同步相对的是 线程异步，它允许线程独立于其他线程运行，不需要等待其他线程的指令或结果。异步操作可以提高程序的并发性能，因为它们允许多个任务几乎同时执行。

异步的特点

  • 独立性：每个线程都是独立的，执行自己的任务，不需要等待其他线程。
  • 非阻塞性：线程在执行时不会被阻塞，它们可以在等待操作完成时继续执行其他任务。
  • 复杂性管理：虽然异步操作可以提高效率，但管理和协调异步任务可能会变得复杂。

异步的实现方式

  1. Future 接口：通过 java.util.concurrent.Future 接口和 ExecutorService，可以异步地执行任务，并在将来的某个时间点获取结果。
  2. CompletableFuture：Java 8 引入了 CompletableFuture，它提供了更丰富的 API 来处理异步编程。
  3. 回调函数：可以在操作完成时执行回调函数，这是异步编程中常用的模式。

示例

同步示例（synchronized 关键字）

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public class Counter {
    private int count = 0;

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

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

异步示例（Future 接口）

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import java.util.concurrent.*;

public class AsyncDemo {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future<Integer> future = executorService.submit(() -> {
            // 模拟长时间运行的异步任务
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            return 42;
        });

        // 异步任务正在执行，此时可以做其他事情
        // ...

        // 获取异步执行的结果，如果结果未准备好，这里会阻塞
        Integer result = future.get();
        System.out.println(" 异步任务的结果是: " + result);

        executorService.shutdown();
    }
}

在实际的软件开发中，选择同步还是异步取决于具体的应用场景和性能要求。通常，I/O 密集型任务或者需要大量等待的任务适合使用异步方式，而对于需要保证数据一致性和顺序性的场景，则应该使用同步方式。