Многопоточное программирование

Здравствуйте! В этой статье я вкратце расскажу вам о процессах, потоках, и об основах многопоточного программирования на языке Java.
Наиболее очевидная область применения многопоточности – это программирование интерфейсов. Многопоточность незаменима тогда, когда необходимо, чтобы графический интерфейс продолжал отзываться на действия пользователя во время выполнения некоторой обработки информации. Например, поток, отвечающий за интерфейс, может ждать завершения другого потока, загружающего файл из интернета, и в это время выводить некоторую анимацию или обновлять прогресс-бар. Кроме того он может остановить поток загружающий файл, если была нажата кнопка «отмена».

Еще одна популярная и, пожалуй, одна из самых хардкорных областей применения многопоточности – игры. В играх различные потоки могут отвечать за работу с сетью, анимацию, расчет физики и т.п.

Давайте начнем. Сначала о процессах.

Процессы

Процесс - это совокупность кода и данных, разделяющих общее виртуальное адресное пространство. Чаще всего одна программа состоит из одного процесса, но бывают и исключения (например, браузер Chrome создает отдельный процесс для каждой вкладки, что дает ему некоторые преимущества, вроде независимости вкладок друг от друга). Процессы изолированы друг от друга, поэтому прямой доступ к памяти чужого процесса невозможен (взаимодействие между процессами осуществляется с помощью специальных средств).

Для каждого процесса ОС создает так называемое «виртуальное адресное пространство», к которому процесс имеет прямой доступ. Это пространство принадлежит процессу, содержит только его данные и находится в полном его распоряжении. Операционная система же отвечает за то, как виртуальное пространство процесса проецируется на физическую память.

Схема этого взаимодействия представлена на картинке. Операционная система оперирует так называемыми страницами памяти, которые представляют собой просто область определенного фиксированного размера. Если процессу становится недостаточно памяти, система выделяет ему дополнительные страницы из физической памяти. Страницы виртуальной памяти могут проецироваться на физическую память в произвольном порядке.

При запуске программы операционная система создает процесс, загружая в его адресное пространство код и данные программы, а затем запускает главный поток созданного процесса.

Потоки

Один поток – это одна единица исполнения кода. Каждый поток последовательно выполняет инструкции процесса, которому он принадлежит, параллельно с другими потоками этого процесса.

Следует отдельно обговорить фразу «параллельно с другими потоками». Известно, что на одно ядро процессора, в каждый момент времени, приходится одна единица исполнения. То есть одноядерный процессор может обрабатывать команды только последовательно, по одной за раз (в упрощенном случае). Однако запуск нескольких параллельных потоков возможен и в системах с одноядерными процессорами. В этом случае система будет периодически переключаться между потоками, поочередно давая выполняться то одному, то другому потоку. Такая схема называется псевдо-параллелизмом. Система запоминает состояние (контекст) каждого потока, перед тем как переключиться на другой поток, и восстанавливает его по возвращению к выполнению потока. В контекст потока входят такие параметры, как стек, набор значений регистров процессора, адрес исполняемой команды и прочее…

Проще говоря, при псевдопараллельном выполнении потоков процессор мечется между выполнением нескольких потоков, выполняя по очереди часть каждого из них.

Вот как это выглядит:

Цветные квадраты на рисунке – это инструкции процессора (зеленые – инструкции главного потока, синие – побочного). Выполнение идет слева направо. После запуска побочного потока его инструкции начинают выполняться вперемешку с инструкциями главного потока. Кол-во выполняемых инструкций за каждый подход не определено.

То, что инструкции параллельных потоков выполняются вперемешку, в некоторых случаях может привести к конфликтам доступа к данным. Проблемам взаимодействия потоков будет посвящена следующая статья, а пока о том, как запускаются потоки в Java…

Запуск потоков

Каждый процесс имеет хотя бы один выполняющийся поток. Тот поток, с которого начинается выполнение программы, называется главным. В языке Java, после создания процесса, выполнение главного потока начинается с метода main(). Затем, по мере необходимости, в заданных программистом местах, и при выполнении заданных им же условий, запускаются другие, побочные потоки.

В языке Java поток представляется в виде объекта-потомка класса Thread. Этот класс инкапсулирует стандартные механизмы работы с потоком.

Запустить новый поток можно двумя способами:

Способ 1

Создать объект класса Thread, передав ему в конструкторе нечто, реализующее интерфейс Runnable. Этот интерфейс содержит метод run(), который будет выполняться в новом потоке. Поток закончит выполнение, когда завершится его метод run().

Выглядит это так:

Class SomeThing //Нечто, реализующее интерфейс Runnable implements Runnable //(содержащее метод run()) { public void run() //Этот метод будет выполняться в побочном потоке { System.out.println("Привет из побочного потока!"); } } public class Program //Класс с методом main() { static SomeThing mThing; //mThing - объект класса, реализующего интерфейс Runnable public static void main(String args) { mThing = new SomeThing(); Thread myThready = new Thread(mThing); //Создание потока "myThready" myThready.start(); //Запуск потока System.out.println("Главный поток завершён..."); } }

Для пущего укорочения кода можно передать в конструктор класса Thread объект безымянного внутреннего класса, реализующего интерфейс Runnable:

Public class Program //Класс с методом main(). { public static void main(String args) { //Создание потока Thread myThready = new Thread(new Runnable() { public void run() //Этот метод будет выполняться в побочном потоке { System.out.println("Привет из побочного потока!"); } }); myThready.start(); //Запуск потока System.out.println("Главный поток завершён..."); } }

Способ 2

Создать потомка класса Thread и переопределить его метод run():

Class AffableThread extends Thread { @Override public void run() //Этот метод будет выполнен в побочном потоке { System.out.println("Привет из побочного потока!"); } } public class Program { static AffableThread mSecondThread; public static void main(String args) { mSecondThread = new AffableThread(); //Создание потока mSecondThread.start(); //Запуск потока System.out.println("Главный поток завершён..."); } }

В приведённом выше примере в методе main() создается и запускается еще один поток. Важно отметить, что после вызова метода mSecondThread.start() главный поток продолжает своё выполнение, не дожидаясь пока порожденный им поток завершится. И те инструкции, которые идут после вызова метода start(), будут выполнены параллельно с инструкциями потока mSecondThread.

Для демонстрации параллельной работы потоков давайте рассмотрим программу, в которой два потока спорят на предмет философского вопроса «что было раньше, яйцо или курица?». Главный поток уверен, что первой была курица, о чем он и будет сообщать каждую секунду. Второй же поток раз в секунду будет опровергать своего оппонента. Всего спор продлится 5 секунд. Победит тот поток, который последним изречет свой ответ на этот, без сомнения, животрепещущий философский вопрос. В примере используются средства, о которых пока не было сказано (isAlive() sleep() и join()). К ним даны комментарии, а более подробно они будут разобраны дальше.

Class EggVoice extends Thread { @Override public void run() { for(int i = 0; i < 5; i++) { try{ sleep(1000); //Приостанавливает поток на 1 секунду }catch(InterruptedException e){} System.out.println("яйцо!"); } //Слово «яйцо» сказано 5 раз } } public class ChickenVoice //Класс с методом main() { static EggVoice mAnotherOpinion; //Побочный поток public static void main(String args) { mAnotherOpinion = new EggVoice(); //Создание потока System.out.println("Спор начат..."); mAnotherOpinion.start(); //Запуск потока for(int i = 0; i < 5; i++) { try{ Thread.sleep(1000); //Приостанавливает поток на 1 секунду }catch(InterruptedException e){} System.out.println("курица!"); } //Слово «курица» сказано 5 раз if(mAnotherOpinion.isAlive()) //Если оппонент еще не сказал последнее слово { try{ mAnotherOpinion.join(); //Подождать пока оппонент закончит высказываться. }catch(InterruptedException e){} System.out.println("Первым появилось яйцо!"); } else //если оппонент уже закончил высказываться { System.out.println("Первой появилась курица!"); } System.out.println("Спор закончен!"); } } Консоль: Спор начат... курица! яйцо! яйцо! курица! яйцо! курица! яйцо! курица! яйцо! курица! Первой появилась курица! Спор закончен!

В приведенном примере два потока параллельно в течении 5 секунд выводят информацию на консоль. Точно предсказать, какой поток закончит высказываться последним, невозможно. Можно попытаться, и можно даже угадать, но есть большая вероятность того, что та же программа при следующем запуске будет иметь другого «победителя». Это происходит из-за так называемого «асинхронного выполнения кода». Асинхронность означает то, что нельзя утверждать, что какая-либо инструкция одного потока, выполнится раньше или позже инструкции другого. Или, другими словами, параллельные потоки независимы друг от друга, за исключением тех случаев, когда программист сам описывает зависимости между потоками с помощью предусмотренных для этого средств языка.

Теперь немного о завершении процессов…

Завершение процесса и демоны

В Java процесс завершается тогда, когда завершается последний его поток. Даже если метод main() уже завершился, но еще выполняются порожденные им потоки, система будет ждать их завершения.

Однако это правило не относится к особому виду потоков – демонам. Если завершился последний обычный поток процесса, и остались только потоки-демоны, то они будут принудительно завершены и выполнение процесса закончится. Чаще всего потоки-демоны используются для выполнения фоновых задач, обслуживающих процесс в течение его жизни.

Объявить поток демоном достаточно просто - нужно перед запуском потока вызвать его метод setDaemon(true) ;
Проверить, является ли поток демоном, можно вызвав его метод boolean isDaemon() ;

Завершение потоков

В Java существуют (существовали) средства для принудительного завершения потока. В частности метод Thread.stop() завершает поток незамедлительно после своего выполнения. Однако этот метод, а также Thread.suspend(), приостанавливающий поток, и Thread.resume(), продолжающий выполнение потока, были объявлены устаревшими и их использование отныне крайне нежелательно. Дело в том что поток может быть «убит» во время выполнения операции, обрыв которой на полуслове оставит некоторый объект в неправильном состоянии, что приведет к появлению трудноотлавливаемой и случайным образом возникающей ошибке.

Вместо принудительного завершения потока применяется схема, в которой каждый поток сам ответственен за своё завершение. Поток может остановиться либо тогда, когда он закончит выполнение метода run(), (main() - для главного потока) либо по сигналу из другого потока. Причем как реагировать на такой сигнал - дело, опять же, самого потока. Получив его, поток может выполнить некоторые операции и завершить выполнение, а может и вовсе его проигнорировать и продолжить выполняться. Описание реакции на сигнал завершения потока лежит на плечах программиста.

Java имеет встроенный механизм оповещения потока, который называется Interruption (прерывание, вмешательство), и скоро мы его рассмотрим, но сначала посмотрите на следующую программку:

Incremenator - поток, который каждую секунду прибавляет или вычитает единицу из значения статической переменной Program.mValue. Incremenator содержит два закрытых поля – mIsIncrement и mFinish. То, какое действие выполняется, определяется булевой переменной mIsIncrement - если оно равно true, то выполняется прибавление единицы, иначе - вычитание. А завершение потока происходит, когда значение mFinish становится равно true.

Class Incremenator extends Thread { //О ключевом слове volatile - чуть ниже private volatile boolean mIsIncrement = true; private volatile boolean mFinish = false; public void changeAction() //Меняет действие на противоположное { mIsIncrement = !mIsIncrement; } public void finish() //Инициирует завершение потока { mFinish = true; } @Override public void run() { do { if(!mFinish) //Проверка на необходимость завершения { if(mIsIncrement) Program.mValue++; //Инкремент else Program.mValue--; //Декремент //Вывод текущего значения переменной System.out.print(Program.mValue + " "); } else return; //Завершение потока try{ Thread.sleep(1000); //Приостановка потока на 1 сек. }catch(InterruptedException e){} } while(true); } } public class Program { //Переменая, которой оперирует инкременатор public static int mValue = 0; static Incremenator mInc; //Объект побочного потока public static void main(String args) { mInc = new Incremenator(); //Создание потока System.out.print("Значение = "); mInc.start(); //Запуск потока //Троекратное изменение действия инкременатора //с интервалом в i*2 секунд for(int i = 1; i <= 3; i++) { try{ Thread.sleep(i*2*1000); //Ожидание в течении i*2 сек. }catch(InterruptedException e){} mInc.changeAction(); //Переключение действия } mInc.finish(); //Инициация завершения побочного потока } } Консоль: Значение = 1 2 1 0 -1 -2 -1 0 1 2 3 4

Взаимодействовать с потоком можно с помощью метода changeAction() (для смены вычитания на сложение и наоборот) и метода finish() (для завершения потока).

В объявлении переменных mIsIncrement и mFinish было использовано ключевое слово volatile (изменчивый, не постоянный). Его необходимо использовать для переменных, которые используются разными потоками. Это связано с тем, что значение переменной, объявленной без volatile, может кэшироваться отдельно для каждого потока, и значение из этого кэша может различаться для каждого из них. Объявление переменной с ключевым словом volatile отключает для неё такое кэширование и все запросы к переменной будут направляться непосредственно в память.

В этом примере показано, каким образом можно организовать взаимодействие между потоками. Однако есть одна проблема при таком подходе к завершению потока - Incremenator проверяет значение поля mFinish раз в секунду, поэтому может пройти до секунды времени между тем, когда будет выполнен метод finish(), и фактическим завершения потока. Было бы замечательно, если бы при получении сигнала извне, метод sleep() возвращал выполнение и поток незамедлительно начинал своё завершение. Для выполнения такого сценария существует встроенное средство оповещения потока, которое называется Interruption (прерывание, вмешательство).

Interruption

Класс Thread содержит в себе скрытое булево поле, подобное полю mFinish в программе Incremenator, которое называется флагом прерывания. Установить этот флаг можно вызвав метод interrupt() потока. Проверить же, установлен ли этот флаг, можно двумя способами. Первый способ - вызвать метод bool isInterrupted() объекта потока, второй - вызвать статический метод bool Thread.interrupted(). Первый метод возвращает состояние флага прерывания и оставляет этот флаг нетронутым. Второй метод возвращает состояние флага и сбрасывает его. Заметьте что Thread.interrupted() - статический метод класса Thread, и его вызов возвращает значение флага прерывания того потока, из которого он был вызван. Поэтому этот метод вызывается только изнутри потока и позволяет потоку проверить своё состояние прерывания.

Итак, вернемся к нашей программе. Механизм прерывания позволит нам решить проблему с засыпанием потока. У методов, приостанавливающих выполнение потока, таких как sleep(), wait() и join() есть одна особенность - если во время их выполнения будет вызван метод interrupt() этого потока, они, не дожидаясь конца времени ожидания, сгенерируют исключение InterruptedException.

Переделаем программу Incremenator – теперь вместо завершения потока с помощью метода finish() будем использовать стандартный метод interrupt(). А вместо проверки флага mFinish будем вызывать метод bool Thread.interrupted();
Так будет выглядеть класс Incremenator после добавления поддержки прерываний:

Class Incremenator extends Thread { private volatile boolean mIsIncrement = true; public void changeAction() //Меняет действие на противоположное { mIsIncrement = !mIsIncrement; } @Override public void run() { do { if(!Thread.interrupted()) //Проверка прерывания { if(mIsIncrement) Program.mValue++; //Инкремент else Program.mValue--; //Декремент //Вывод текущего значения переменной System.out.print(Program.mValue + " "); } else return; //Завершение потока try{ Thread.sleep(1000); //Приостановка потока на 1 сек. }catch(InterruptedException e){ return; //Завершение потока после прерывания } } while(true); } } class Program { //Переменая, которой оперирует инкременатор public static int mValue = 0; static Incremenator mInc; //Объект побочного потока public static void main(String args) { mInc = new Incremenator(); //Создание потока System.out.print("Значение = "); mInc.start(); //Запуск потока //Троекратное изменение действия инкременатора //с интервалом в i*2 секунд for(int i = 1; i <= 3; i++) { try{ Thread.sleep(i*2*1000); //Ожидание в течении i*2 сек. }catch(InterruptedException e){} mInc.changeAction(); //Переключение действия } mInc.interrupt(); //Прерывание побочного потока } } Консоль: Значение = 1 2 1 0 -1 -2 -1 0 1 2 3 4

Как видите, мы избавились от метода finish() и реализовали тот же механизм завершения потока с помощью встроенной системы прерываний. В этой реализации мы получили одно преимущество - метод sleep() вернет управление (сгенерирует исключение) незамедлительно после прерывания потока.

Заметьте что методы sleep() и join() обёрнуты в конструкции try-catch. Это необходимое условие работы этих методов. Вызывающий их код должен перехватывать исключение InterruptedException, которое они бросают при прерывании во время ожидания.

С запуском и завершением потоков разобрались, дальше я расскажу о методах, использующихся при работе с потоками.

Метод Thread.sleep()

Thread.sleep() - статический метод класса Thread, который приостанавливает выполнение потока, в котором он был вызван. Во время выполнения метода sleep() система перестает выделять потоку процессорное время, распределяя его между другими потоками. Метод sleep() может выполняться либо заданное кол-во времени (миллисекунды или наносекунды) либо до тех пор пока он не будет остановлен прерыванием (в этом случае он сгенерирует исключение InterruptedException).

Thread.sleep(1500); //Ждет полторы секунды Thread.sleep(2000, 100); //Ждет 2 секунды и 100 наносекунд

Несмотря на то, что метод sleep() может принимать в качестве времени ожидания наносекунды, не стоит принимать это всерьез. Во многих системах время ожидания все равно округляется до миллисекунд а то и до их десятков.

Метод yield()

Статический метод Thread.yield() заставляет процессор переключиться на обработку других потоков системы. Метод может быть полезным, например, когда поток ожидает наступления какого-либо события и необходимо чтобы проверка его наступления происходила как можно чаще. В этом случае можно поместить проверку события и метод Thread.yield() в цикл:

//Ожидание поступления сообщения while(!msgQueue.hasMessages()) //Пока в очереди нет сообщений { Thread.yield(); //Передать управление другим потокам }

Метод join()

В Java предусмотрен механизм, позволяющий одному потоку ждать завершения выполнения другого. Для этого используется метод join(). Например, чтобы главный поток подождал завершения побочного потока myThready, необходимо выполнить инструкцию myThready.join() в главном потоке. Как только поток myThready завершится, метод join() вернет управление, и главный поток сможет продолжить выполнение.

Метод join() имеет перегруженную версию, которая получает в качестве параметра время ожидания. В этом случае join() возвращает управление либо когда завершится ожидаемый поток, либо когда закончится время ожидания. Подобно методу Thread.sleep() метод join может ждать в течение миллисекунд и наносекунд – аргументы те же.

С помощью задания времени ожидания потока можно, например, выполнять обновление анимированной картинки пока главный (или любой другой) поток ждёт завершения побочного потока, выполняющего ресурсоёмкие операции:

Thinker brain = new Thinker(); //Thinker - потомок класса Thread. brain.start(); //Начать "обдумывание". do { mThinkIndicator.refresh(); //mThinkIndicator - анимированная картинка. try{ brain.join(250); //Подождать окончания мысли четверть секунды. }catch(InterruptedException e){} } while(brain.isAlive()); //Пока brain думает... //brain закончил думать (звучат овации).

В этом примере поток brain (мозг) думает над чем-то, и предполагается, что это занимает у него длительное время. Главный поток ждет его четверть секунды и, в случае, если этого времени на раздумье не хватило, обновляет «индикатор раздумий» (некоторая анимированная картинка). В итоге, во время раздумий, пользователь наблюдает на экране индикатор мыслительного процесса, что дает ему знать, что электронные мозги чем то заняты.

Приоритеты потоков

Каждый поток в системе имеет свой приоритет. Приоритет – это некоторое число в объекте потока, более высокое значение которого означает больший приоритет. Система в первую очередь выполняет потоки с большим приоритетом, а потоки с меньшим приоритетом получают процессорное время только тогда, когда их более привилегированные собратья простаивают.

Работать с приоритетами потока можно с помощью двух функций:

void setPriority(int priority) – устанавливает приоритет потока.
Возможные значения priority - MIN_PRIORITY, NORM_PRIORITY и MAX_PRIORITY.

int getPriority() – получает приоритет потока.

Некоторые полезные методы класса Thread

Это практически всё. Напоследок приведу несколько полезных методов работы с потоками.

boolean isAlive() - возвращает true если myThready() выполняется и false если поток еще не был запущен или был завершен.

setName(String threadName) – Задает имя потока.
String getName() – Получает имя потока.
Имя потока – ассоциированная с ним строка, которая в некоторых случаях помогает понять, какой поток выполняет некоторое действие. Иногда это бывает полезным.

static Thread Thread.currentThread() - статический метод, возвращающий объект потока, в котором он был вызван.

long getId() – возвращает идентификатор потока. Идентификатор – уникальное число, присвоенное потоку.

Заключение

Отмечу, что в статье рассказано далеко не про все нюансы многопоточного программирования. И коду, приведенному в примерах, для полной корректности не хватает некоторых нюансов. В частности, в примерах не используется синхронизация. Синхронизация потоков - тема, не изучив которую, программировать правильные многопоточные приложения не получится. Почитать о ней вы можете, например, в книге «Java Concurrency in Practice» или

Немного о принципе многопоточности

Многопоточность - это принцип построения программы, при котором несколько блоков могут выполняться одновременно и не мешать друг другу. Предположим, нам необходимо, чтобы какие-то операции выполнялись одновременно.
Например, у нас существует два объекта, выполняющие конкретные операции независимо друг от друга. Но они используют один и тот же метод, который добавляет к статической переменной число, передаваемое методу в параметре. Однако если эти операции будут выполняться одновременно, то непонятно будет, что запишется в этой переменной, ведь мы одновременно прибавляем к исходному значению переменной два разных числа.

Возникнет странная ситуация. Для того чтобы такого не происходило, для этого метода необходимо установить так называемый признак блокировки. Если какой-либо объект начинает выполнять метод, то происходит блокировка этого метода, и никто больше не может его выполнить, пока данный объект не закончит работу с ним. Все другие объекты, которые должны выполнить этот метод, будут находиться в состоянии ожидания.

Создание потоков на основе класса Thread

Чтобы создать свой поток, необходимо создать дочерний класс класса Thread. Давайте создадим такой класс и затем разберем весь текст программы (листинг 5.7).

Листинг 5.7.
Создание потока на основе класса Thread

Public class MyThread extends Thread{ private int seconds; public MyThread(int seconds) { this.seconds = seconds; } public void run() { try { for (int i = 0; i < this.seconds; i++) { Thread.sleep(1000); System.out.println("Идет секунда: " + i); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("У нас проблемы с потоком"); } } public static void main(String args) { MyThread myThread = new MyThread(5); myThread.start(); new MyThread(15); } }

Вначале мы создаем дочерний класс для класса Thread, затем - конструктор с параметром, который установит количество секунд выполнения потока. После этого мы определяем метод run. который начинает действовать при запуске потока.
Чтобы его вызвать, необходимо вызвать метод start () - «стартовать поток».

У класса Thread есть метод sleep, который позволяет приостановить выполнение потока на заданное количество миллисекунд (внимание: отсчет идет в миллисекундах). Чтобы использовать данный метод, необходимо поместить его в блок try, а блок catch сделать обрабатывающим исключение InterruptedException. Затем мы запускаем два потока, которые будут выполняться одновременно. Чтобы их различить, можно переделать код так (листинг 5.8).

Листинг 5.8.
Создание двух потоков, которые будут выполняться в классе Thread одновременно

Public class MyThread extends Thread{ private int seconds; private static int numbers = 0; private int number; public static int setNumber() { return ++numbers; } public MyThread(int seconds) { this.seconds = seconds; number = MyThread.setNumber(); } public void run() { try { for (int i = 0; i < this.seconds; i++) { Thread.sleep(1000); System.out.println("Идет секунда: " + i + " выполнения потока под номером " + this.number); } } catch (InterruptedException e) { System.out.println("У нас проблемы с потоком"); } } public static void main(String args) { MyThread myThread = new MyThread(5); myThread.start(); new MyThread(15).start(); } }

Теперь мы каждому потоку присвоили свой уникальный номер.

Использование интерфейса Runnable

Можно создавать классы потоков, реализуя интерфейс Runnable. Это бывает порой значительно удобнее. Например, код из предыдущего примера можно переписать так (листинг 5.9).

Листинг 5.9.
Создание классов потоков с использованием интерфейса Runnable

В некоторых случаях так представляется удобней: обычно у подобного создания потоков более короткая запись.
И в том и в другом случае потоку можно присвоить имя. Обычно оно задается в конструкторе в качестве последнего параметра.

В этом руководстве мы рассмотрим, как выполняется многопоточность Java , более подробно узнаем о потоках и синхронизации между ними.

Пример одного потока :

package demotest; public class GuruThread1 implements Runnable { /** * @param args */ public static void main(String args) { Thread guruThread1 = new Thread("Guru1"); Thread guruThread2 = new Thread("Guru2"); guruThread1.start(); guruThread2.start(); System.out.println("Thread names are following:"); System.out.println(guruThread1.getName()); System.out.println(guruThread2.getName()); } @Override public void run() { } }

Преимущества одного потока :

При выполнении одного потока снижается нагрузка на приложение;
Уменьшается стоимость обслуживания приложения.

Что такое многопоточность?

Многопоточность в Java - это выполнение двух или более потоков одновременно для максимального использования центрального процесса.

Многопоточные приложения - это приложения, где параллельно выполняются два или более потоков. Данное понятие известно в Java как многопотоковое выполнение. При этом несколько процессов используют общие ресурсы, такие как центральный процессор, память и т. д.

Все потоки выполняются параллельно друг другу. Для каждого отдельного потока не выделяется память, что приводит к ее экономии. Кроме этого переключение между потоками занимает меньше времени.

Пример многопоточности :

package demotest; public class GuruMultithread implements Runnable{ /** * @param args */ public static void main(String args) { Thread guruthread1 = new Thread(); guruThread1.start(); Thread guruthread2 = new Thread(); guruThread2.start(); } @Override public void run() { // TODO Автоматически сгенерированный метод stub } }

Преимущества многопоточности :

В задачах на многопоточность Java потоки выполняются независимо друг от друга, поэтому отсутствует блокирование пользователей, и можно выполнять несколько операций одновременно;
Одни потоки не влияют на другие, когда они наталкиваются на исключения.

Жизненный цикл потока в Java

Жизненный цикл потока :

Стадии жизни потока :

Новый;
Готовый к выполнению;
Выполняемый;
Ожидающий;
Остановленный.

Новый : в этой фазе поток создается с помощью класса Thread . Он остается в этом состоянии, пока программа его не запустит;
Готовый к выполнению : экземпляр потока вызывается с помощью метода Start . Управление потоком предоставляется планировщику для завершения выполнения. От планировщика зависит то, следует ли запускать поток;
Выполняемый : с началом выполнения потока его состояние изменяется на «выполняемый ». Планировщик выбирает один поток из пула потоков и начинает его выполнение в приложении;
Ожидающий : поток ожидает своего выполнения. Поскольку в приложении выполняется сразу несколько потоков, необходимо синхронизировать их. Следовательно, один поток должен ожидать, пока другой поток не будет выполнен. Таким образом, это состояние называется состоянием ожидания;
Остановленный : выполняемый поток после завершения процесса переходит в состояние «остановленный », известное также как «мертвый ».

Часто используемые методы для управления многопоточностью Java :

Например : В этом примере создается поток, и применяются перечисленные выше методы.

package demotest; public class thread_example1 implements Runnable { @Override public void run() { } public static void main(String args) { Thread guruthread1 = new Thread(); guruThread1.start(); try { guruthread1.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { // TODO Автоматически сгенерированный блок catch e.printStackTrace(); } guruthread1.setPriority(1); int gurupriority = guruthread1.getPriority(); System.out.println(gurupriority); System.out.println("Thread Running"); } }

Объяснение кода

Строка кода 2 : создаем класс «thread_Example1 Runnable » (готовый к выполнению ). Он должен быть реализован любым классом, экземпляры которого предназначены для выполнения потоком.
Строка 4 : переопределяется метод run для готового к запуску интерфейса, так как он является обязательным при переопределении этого метода.
Строка кода 6 : определяется основной метод, в котором начнется выполнение потока.
Строка кода 7 : создается новое имя потока «guruthread1 «, инициализируя новый класс потока.
Код строка 8 : используется метод «Start » в экземпляре «guruthread1 «. Здесь поток начнет выполняться.
Строка 10 : используется метод «sleep » в экземпляре «guruthread1 «. Поток приостановит свое выполнение на 1000 миллисекунд.
Строки 9-14 : применяется метод «sleep » в блоке «try catch », так как есть проверяемое исключение «Interrupted exception ».
Строка кода 15 : для потока назначается приоритет «1 », независимо от того, каким приоритет был до этого.
Строка кода 16 : получаем приоритет потока с помощью getPriority() .
Строка кода 17 : значение, извлеченное из getPriority .
Строка кода 18 : пишем текст, что поток выполняется.

Вывод

5 - это приоритет потока, а «Thread Running » - текст, который является выводом нашего кода.

Синхронизация потоков Java

В многопоточности Java присутствует асинхронное поведение. Если один поток записывает некоторые данные, а другой в это время их считывает, в приложении может возникнуть ошибка. Поэтому при необходимости доступа к общим ресурсам двум и более потоками используется синхронизация.

В Java есть свои методы для обеспечения синхронизации. Как только поток достигает синхронизированного блока, другой поток не может вызвать этот метод для того же объекта. Все другие потоки должны ожидать, пока текущий не выйдет из синхронизированного блока.

Таким образом, решается проблема в многопоточных приложениях. Один поток ожидает, пока другой не закончит свое выполнение, и только тогда другим потокам будет разрешено их выполнение.

Это можно написать следующим образом:

Synchronized(object) { //Блок команд для синхронизации }

Пример многопоточности Java

В этом Java многопоточности примере мы задействуем два потока и извлекаем имена потоков.

Пример 1

GuruThread1.java package demotest; public class GuruThread1 implements Runnable{ /** * @param args */ public static void main(String args) { Thread guruThread1 = new Thread("Guru1"); Thread guruThread2 = new Thread("Guru2"); guruThread1.start(); guruThread2.start(); System.out.println("Thread names are following:"); System.out.println(guruThread1.getName()); System.out.println(guruThread2.getName()); } @Override public void run() { } }

Объяснение кода

Строка кода 3 : задействуем класс «GuruThread1 «, который реализует интерфейс «Runnable » (он должен быть реализован любым классом, экземпляры которого предназначены для выполнения потоком ).
Строка 8 : основной метод класса.
Строка 9 : создаем класс Thread , экземпляр с именем «guruThread1 » и поток.
Строка 10 : создаем класс Thread , экземпляр с именем «guruThread2 » и поток.
Строка 11 : запускаем поток guruThread1 .
Строка 12 : запускаем поток guruThread2 .
Строка 13 : выводим текст «Thread names are following: «.
Строка 14 : получаем имя потока 1, используя метод getName() класса thread .
Строка кода 15 : получаем имя потока 2, используя метод getName() класса thread .

Вывод

Имена потоков выводятся как:

Guru1
Guru2

Пример 2

Из этого Java многопоточности урока мы узнаем о переопределяющих методах Run () и методе Start () интерфейса runnable . Создадим два потока этого класса и выполним их.

Также мы задействуем два класса:

Один будет реализовывать интерфейс runnable ;
Другой — с методом main и будет выполняться.

package demotest; public class GuruThread2 { public static void main(String args) { // TODO Автоматически сгенерированный метод stub GuruThread3 threadguru1 = new GuruThread3("guru1"); threadguru1.start(); GuruThread3 threadguru2 = new GuruThread3("guru2"); threadguru2.start(); } } class GuruThread3 implements Runnable { Thread guruthread; private String guruname; GuruThread3(String name) { guruname = name; } @Override public void run() { System.out.println("Thread running" + guruname); for (int i = 0; i < 4; i++) { System.out.println(i); System.out.println(guruname); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Thread has been interrupted"); } } } public void start() { System.out.println("Thread started"); if (guruthread == null) { guruthread = new Thread(this, guruname); guruthread.start(); } } }

Объяснение кода

Строка кода 2 : принимаем класс «GuruThread2 «, содержащий метод main .
Строка 4 : принимаем основной метод класса.
Строки 6-7 : создаем экземпляр класса GuruThread3 (создается в строках внизу ) как «threadguru1 » и запускаем поток.
Строки 8-9 : создаем еще один экземпляр класса GuruThread3 (создается в строках внизу ) как «threadguru2 » и запускаем поток.
Строка 11 : для многопоточности Java создаем класс «GuruThread3 «, который реализует интерфейс «Runnable ». Он должен быть реализован любым классом, экземпляры которого предназначены для выполнения потоком.
Строки 13-14 : принимаем две переменные класса, из которых одна - потоковый класс, другая - строковый класс.
Строки 15-18 : переопределение конструктора GuruThread3 , который принимает один аргумент как тип String (являющийся именем потока ). Имя будет присвоено переменной класса guruname и сохраняется имя потока.
Строка 20 : переопределяется метод run() интерфейса runnable .
Строка 21 : выводится имя потока с использованием набора команд println .
Строки 22-31 : используется цикл «for » со счетчиком, инициализированным на «0 », который не должен быть меньше 4 . Выводится имя потока, а также выполняется приостановка потока на 1000 миллисекунд в блоке try-catch , поскольку метод sleep вызвал проверяемое исключение.
Строка 33 : переопределяется метод start интерфейса runnable .
Строка 35 : выводится текст «Thread started «.
Строки 36-40 : проверяем, содержит ли переменная класса guruthread значение. Если оно равно NULL , создается экземпляр класса thread . После этого запускается поток с использованием класса start() .

Any application can have multiple processes (instances). Each of this process can be assigned either as a single thread or multiple threads.

We will see in this tutorial how to perform multiple tasks at the same time and also learn more about threads and synchronization between threads.

In this tutorial, we will learn-

What is Single Thread?

A single thread is basically a lightweight and the smallest unit of processing. Java uses threads by using a "Thread Class".

There are two types of thread – user thread and daemon thread (daemon threads are used when we want to clean the application and are used in the background).

When an application first begins, user thread is created. Post that, we can create many user threads and daemon threads.

Single Thread Example:

Package demotest; public class GuruThread { public static void main(String args) { System.out.println("Single Thread"); } }

Advantages of single thread:

Reduces overhead in the application as single thread execute in the system
Also, it reduces the maintenance cost of the application.

What is Multithreading?

Multithreading in java is a process of executing two or more threads simultaneously to maximum utilization of CPU.

Multithreaded applications are where two or more threads run concurrently; hence it is also known as Concurrency in Java. This multitasking is done, when multiple processes share common resources like CPU, memory, etc.

Each thread runs parallel to each other. Threads don"t allocate separate memory area; hence it saves memory. Also, context switching between threads takes less time.

Example of Multi thread:

Package demotest; public class GuruThread1 implements Runnable { public static void main(String args) { Thread guruThread1 = new Thread("Guru1"); Thread guruThread2 = new Thread("Guru2"); guruThread1.start(); guruThread2.start(); System.out.println("Thread names are following:"); System.out.println(guruThread1.getName()); System.out.println(guruThread2.getName()); } @Override public void run() { } }

Advantages of multithread:

The users are not blocked because threads are independent, and we can perform multiple operations at times
As such the threads are independent, the other threads won"t get affected if one thread meets an exception.

Thread Life Cycle in Java

The Lifecycle of a thread:

There are various stages of life cycle of thread as shown in above diagram:

Runnable
Running
Waiting

New: In this phase, the thread is created using class "Thread class".It remains in this state till the program starts the thread. It is also known as born thread.
Runnable: In this page, the instance of the thread is invoked with a start method. The thread control is given to scheduler to finish the execution. It depends on the scheduler, whether to run the thread.
Running: When the thread starts executing, then the state is changed to "running" state. The scheduler selects one thread from the thread pool, and it starts executing in the application.
Waiting: This is the state when a thread has to wait. As there multiple threads are running in the application, there is a need for synchronization between threads. Hence, one thread has to wait, till the other thread gets executed. Therefore, this state is referred as waiting state.
Dead: This is the state when the thread is terminated. The thread is in running state and as soon as it completed processing it is in "dead state".

Some of the commonly used methods for threads are:

Method	Description
start()	This method starts the execution of the thread and JVM calls the run() method on the thread.
Sleep(int milliseconds)	This method makes the thread sleep hence the thread"s execution will pause for milliseconds provided and after that, again the thread starts executing. This help in synchronization of the threads.
getName()	It returns the name of the thread.
setPriority(int newpriority)	It changes the priority of the thread.
yield ()	It causes current thread on halt and other threads to execute.

Example: In this example we are going to create a thread and explore built-in methods available for threads.

Package demotest; public class thread_example1 implements Runnable { @Override public void run() { } public static void main(String args) { Thread guruthread1 = new Thread(); guruthread1.start(); try { guruthread1.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } guruthread1.setPriority(1); int gurupriority = guruthread1.getPriority(); System.out.println(gurupriority); System.out.println("Thread Running"); } }

Explanation of the code:

Code Line 2: We are creating a class "thread_Example1" which is implementing the Runnable interface (it should be implemented by any class whose instances are intended to be executed by the thread.)

Code Line 4: It overrides run method of the runnable interface as it is mandatory to override that method

Code Line 6: Here we have defined the main method in which we will start the execution of the thread.

Code Line 7: Here we are creating a new thread name as "guruthread1" by instantiating a new class of thread.

Code Line 8: we will use "start" method of the thread using "guruthread1" instance. Here the thread will start executing.

Code Line 10: Here we are using the "sleep" method of the thread using "guruthread1" instance. Hence, the thread will sleep for 1000 milliseconds.

Code 9-14: Here we have put sleep method in try catch block as there is checked exception which occurs i.e. Interrupted exception.

Code Line 15: Here we are setting the priority of the thread to 1 from whichever priority it was

Code Line 16: Here we are getting the priority of the thread using getPriority()

Code Line 17: Here we are printing the value fetched from getPriority

Code Line 18: Here we are writing a text that thread is running.

5 is the Thread priority, and Thread Running is the text which is the output of our code.

Java Thread Synchronization

In multithreading, there is the asynchronous behavior of the programs. If one thread is writing some data and another thread which is reading data at the same time, might create inconsistency in the application.

When there is a need to access the shared resources by two or more threads, then synchronization approach is utilized.

Java has provided synchronized methods to implement synchronized behavior.

In this approach, once the thread reaches inside the synchronized block, then no other thread can call that method on the same object. All threads have to wait till that thread finishes the synchronized block and comes out of that.

In this way, the synchronization helps in a multithreaded application. One thread has to wait till other thread finishes its execution only then the other threads are allowed for execution.

It can be written in the following form:

Synchronized(object) { //Block of statements to be synchronized }

Java Multithreading Example

In this example, we will take two threads and fetch the names of the thread.

Example1:

Explanation of the code:

Code Line 3: We have taken a class "GuruThread1" which implements Runnable (it should be implemented by any class whose instances are intended to be executed by the thread.)

Code Line 8: This is the main method of the class

Code Line 9: Here we are instantiating the Thread class and creating an instance named as "guruThread1" and creating a thread.

Code Line 10: Here we are instantiating the Thread class and creating an instance named a "guruThread2" and creating a thread.

Code Line 11: We are starting the thread i.e. guruThread1.

Code Line 12: We are starting the thread i.e. guruThread2.

Code Line 13: Outputting the text as "Thread names are following:"

Code Line 14: Getting the name of thread 1 using method getName() of the thread class.

Code Line 15: Getting the name of thread 2 using method getName() of the thread class.

When you execute the above code, you get the following output:

Thread names are being outputted here as

Guru1
Guru2

Example 2:

In this example, we will learn about overriding methods run() and start() method of a runnable interface and create two threads of that class and run them accordingly.

Also, we are taking two classes,

One which will implement the runnable interface and
Another one which will have the main method and execute accordingly.

package demotest; public class GuruThread2 { public static void main(String args) { // TODO Auto-generated method stub GuruThread3 threadguru1 = new GuruThread3("guru1"); threadguru1.start(); GuruThread3 threadguru2 = new GuruThread3("guru2"); threadguru2.start(); } } class GuruThread3 implements Runnable { Thread guruthread; private String guruname; GuruThread3(String name) { guruname = name; } @Override public void run() { System.out.println("Thread running" + guruname); for (int i = 0; i < 4; i++) { System.out.println(i); System.out.println(guruname); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { System.out.println("Thread has been interrupted"); } } } public void start() { System.out.println("Thread started"); if (guruthread == null) { guruthread = new Thread(this, guruname); guruthread.start(); } } }

Explanation of the code:

Code Line 2: Here we are taking a class "GuruThread2" which will have the main method in it.

Code Line 4: Here we are taking a main method of the class.

Code Line 6-7: Here we are creating an instance of class GuruThread3 (which is created in below lines of the code) as "threadguru1" and we are starting the thread.

Code Line 8-9: Here we are creating another instance of class GuruThread3 (which is created in below lines of the code) as "threadguru2" and we are starting the thread.

Code Line 11: Here we are creating a class "GuruThread3" which is implementing the runnable interface (it should be implemented by any class whose instances are intended to be executed by the thread.)

Code Line 13-14: we are taking two class variables from which one is of the type thread class and other of the string class.

Code Line 15-18: we are overriding the GuruThread3 constructor, which takes one argument as string type (which is threads name) that gets assigned to class variable guruname and hence the name of the thread is stored.

Code Line 20: Here we are overriding the run() method of the runnable interface.

Code Line 21: We are outputting the thread name using println statement.

Code Line 22-31: Here we are using a for loop with counter initialized to 0, and it should not be less than 4 (we can take any number hence here loop will run 4 times) and incrementing the counter. We are printing the thread name and also making the thread sleep for 1000 milliseconds within a try-catch block as sleep method raised checked exception.

Code Line 33: Here we are overriding start method of the runnable interface.

Code Line 35: We are outputting the text "Thread started".

Code Line 36-40: Here we are taking an if condition to check whether class variable guruthread has value in it or no. If its null then we are creating an instance using thread class which takes the name as a parameter (value for which was assigned in the constructor). After which the thread is started using start() method.

When you execute the above code you get the following output:

There are two threads hence, we get two times message "Thread started".

We get the names of the thread as we have outputted them.

It goes into for loop where we are printing the counter and thread name and counter starts with 0.

The loop executes three times and in between the thread is slept for 1000 milliseconds.

Hence, first, we get guru1 then guru2 then again guru2 because the thread sleeps here for 1000 milliseconds and then next guru1 and again guru1, thread sleeps for 1000 milliseconds, so we get guru2 and then guru1.

Summary :

In this tutorial, we saw multithreaded applications in Java and how to use single and multi threads.

In multithreading, users are not blocked as threads are independent and can perform multiple operations at time
Various stages of life cycle of the thread are,
- Runnable
- Running
- Waiting
We also learned about synchronization between threads, which help the application to run smoothly.
Multithreading makes many more application tasks easier.

В теоретических трудах по многопоточности вы можете встретить описание трех задач, которые по словам авторов, покрывают все возможные задачи многопоточности — задача производитель-потребитель, задача читатели-писатели, задача обедающие философы. Аллегория красивая и по своему достаточно неплохая, но на мой взгляд, для неокрепшего молодого программиста, совершенно ничего не говорящая. Посему опишу проблемы со своей колокольни. Проблем всего две.

Проблема первая — доступ к одному ресурсу из нескольких потоков. Мы уже описывали проблему с одной лопатой. Можете расширить вариант — есть один бак с водой (с одним краником), 25 жаждущих пить рудокопов и 5 кружек на всех. Придется договариваться, иначе смертоубийство может начаться. Причем надо не только сохранить кружки в целостности — надо еще организовать все так, чтобы всем удалось попить. Это частично переходит на проблему номер два.
Проблема вторая — синхронизация взаимодействия. Как-то мне предложили задачу — написать простую программу, чтобы два потока играли в пинг-понг. Один пишет «Пинг», а второй — «Понг». Но они это должны делать по очереди. А теперь представим, что надо сделать такую же задачу, но на 4 потока — играем пара на пару.

Т.е. постановка проблем весьма несложная. Раз — надо организовать упорядоченный и безопасный доступ к разделяемому ресурсу. Два — надо выполнять потоки в какой-то очередности.
Дело за реализацией. И вот тут нас подстерегает много сложностей, про которые с предыханием и говорят (и может не зря). Начнем с разделяемого ресурса.

Совместный ресурс для нескольких потоков

Предлагаю сразу продемонстрировать проблему на несложном примере. Его задача — запустить 200 потоков класса CounterThread . Каждый поток получает ссылку на один единственный объект Counter . В процессе выполнения поток вызывает у этого объекта метод increaseCounter одну тысячу раз. Метод увеличивает переменную counter на 1. Запустив 200 потоков мы ожидаем их окончания (просто засыпаем на 1 секунду — этого вполне достаточно). И в конце печатаем результат. Посмотрите код — по-моему, там все достаточно прозрачно:

<200; i++) { CounterThread ct = new CounterThread(counter); ct.start(); } Thread.sleep(1000); System.out.println("Counter:" + counter.getCounter()); } } class Counter { private long counter = 0L; public void increaseCounter() { counter++; } public long getCounter() { return counter; } } class CounterThread extends Thread { private Counter counter; public CounterThread(Counter counter) { this.counter = counter; } @Override public void run() { for(int i=0; i<1000; i++) { counter.increaseCounter(); } } }

public class CounterTester

for (int i = 0 ; i < 200 ; i ++ ) {

ct . start () ;

Thread . sleep (1000 ) ;

class Counter

private long counter = 0L ;

public void increaseCounter () {

counter ++ ;

public long getCounter () {

return counter ;

private Counter counter ;

this . counter = counter ;

@ Override

public void run () {

for (int i = 0 ; i < 1000 ; i ++ ) {

По логике мы должны получить следующий результат — 200 потоков по 1000 прибавлений = 200000. Но, о ужас, это совсем не так. У меня результаты бывают разные, но явно не 200000. В чем же проблема? Проблема в том, что мы из 200 потоков одновременно пытаемся вызвать метод increaseCounter . На первый взгляд в нем ничего страшного не происходит — мы просто прибавляем к переменной counter единицу. Что же тут такого ужасного?
Ужасно то, что безобидный на первый взгляд код прибавления единицы, на самом деле выполняется не за один шаг. Сначала мы считываем значение переменной в регистр, потом прибавляем к нему единицу, потом записываем результат обратно в переменную. Как видите, шагов больше, чем один (по секрету — их даже больше чем три, которые я описал). И вот теперь представим, что два потока (или даже больше) одновременно считали значение переменной — например там было значение 99. Теперь оба потока прибавляют к 99 по единице, получают оба 100 и оба записывают это значение в переменную. Что там получается? Нетрудно видеть, что будет 100. А должно быть 101. Может быть даже хуже, если какой-то поток «умудрился» считать 98 и «застрял» в очереди потоков на исполнение. Мы тогда даже 100 не получим. Неувязочка 🙂

Доступ к разделяемому ресурсу — это одна из самых больших проблем многопоточности. Потому что она весьма коварна. Можно сделать все очень надежно, но тогда производительность упадет. А как только даешь «слабину» (сознательно, для производительности), обязательно возникнет ситуация, что «слабина» вылезет во всей своей красе.

Волшебное слово — synchronized

Что можно сделать для того, чтобы избавиться от ситуации, в которую мы попали с нашими замечательными потоками. Давайте для начала немного порассуждаем. Когда мы приходим в магазин, то для оплаты мы подходим к кассе. Кассир одновременно обслуживает только одного человека. Мы все выстраиваемся к ней в очередь. По сути касса становится эксклюзивным ресурсом, которым может воспользоваться одновременно только один покупатель. В многопоточности предлагается точно такой же способ — вы можете определить некоторый ресурс как экслюзивно предоставляемый одновременно только одному потоку. Такой ресурс называется «монитором». Это самый обычный объект, который поток должен «захватить». Все потоки, которые хотят получить доступ к этому монитору (объекту) выстраиваются в очередь. Причем для этого не надо писать специальный код — достаточно просто попробовать «захватить» монитор. Но как же обозначить это? Давайте разбираться.
Предлагаю запустить наш пример, но с одним дополнительным словом в описании метода increaseCounter — это слово synchronized .

package edu.javacourse.counter; public class CounterTester { public static void main(String args) throws InterruptedException { Counter counter = new Counter(); for(int i=0; i<200; i++) { CounterThread ct = new CounterThread(counter); ct.start(); } Thread.sleep(1000); System.out.println("Counter:" + counter.getCounter()); } } class Counter { private long counter = 0L; public synchronized void increaseCounter() { counter++; } public long getCounter() { return counter; } } class CounterThread extends Thread { private Counter counter; public CounterThread(Counter counter) { this.counter = counter; } @Override public void run() { for(int i=0; i<1000; i++) { counter.increaseCounter(); } } }

package edu . javacourse . counter ;

public class CounterTester

public static void main (String args ) throws InterruptedException {

Counter counter = new Counter () ;

for (int i = 0 ; i < 200 ; i ++ ) {

CounterThread ct = new CounterThread (counter ) ;

ct . start () ;

Thread . sleep (1000 ) ;

System . out . println ("Counter:" + counter . getCounter () ) ;

class Counter

private long counter = 0L ;

public synchronized void increaseCounter () {

counter ++ ;

public long getCounter () {

return counter ;

class CounterThread extends Thread

private Counter counter ;

public CounterThread (Counter counter ) {

this . counter = counter ;

@ Override

public void run () {

for (int i = 0 ; i < 1000 ; i ++ ) {

counter . increaseCounter () ;

И … о чудо. Все заработало. Мы получаем ожидаемый результат — 200000. Что же делает это волшебное слово — synchronized ?
Слово synchronized говорит о том, что прежде чем поток сможет вызвать этот метод у нашего объекта, он должен «захватить» наш объект и потом выполнить нужный метод. Еще раз и внимательно (иногда предлагается несколько иной подход, который на мой взгляд, крайне опасен и ошибочен — чуть позже опишу) — сначала поток «захватывает» (лочит — от слова lock — замок, блокировать) объект-монитор (в нашем случае это объект класса Counter ) и только после этого поток сможет выполнить метод increaseCounter . Эксклюзивно, в полном одиночестве без конкурентов.
Существует иная трактовка synchronized , которая может ввести в заблуждение — она звучит как-то так: в synchronized метод не может зайти несколько потоков одновременно. Это НЕВЕРНО. Потому как тогда получается, что если у класса несколько методов synchronized , то одновременно можно выполнять два разных метода одного объекта, помеченные как synchronized . Это НЕВЕРНО. Если у класса 2, 3 и более методов synchronized , то при выполнении хотя бы одного, блокируется весь объект. Это значит, что все методы, обозначенные как synchronized недоступны для других потоков. Если метод не обзозначен так. то не проблема — выполняйте на здоровье.
И еще раз — сначала «захватили», потом выполнили метод, потом «отпустили». Теперь объект свободен и кто первый успел из потоков его захватить — тот и прав.
В случае если метод объявлен как static , то объектом-монитором становится класс целиком и доступ к нему блокируется на уровне всех объектов этого класса.

При обсуждении статьи мне указали на некорректность, которую я сознательно допустил (для простоты), но наверно есть смысл о ней упомянуть. Речь идет о методе getCounter . Строго говоря, он тоже должен быть обозначен как synchronized , потому что в момент изменения нашей переменной какой-то другой поток захочет ее прочитать. И чтобы не было проблем, доступ к этой переменной надо делать синхронизированным во всех метода.
Хотя что касается getCounter , то здесь можно использовать еще более интересную особенность — атомарность операций. О ней можно прочитать в статье Atomic access . Основная мысль — чтение и запись некоторых элементарных типов и ссылок производится за один шаг и в принципе безопасна. Если бы поле counter было например int , то читать можно было бы и не в синхронном методе. Для типа long и double мы должны объявить переменную counter как volatile . Почему это может быть любопытно — надо учесть, что int состоит из 4 байт и можно представить ситуацию, что число будет записано не за один шаг. Но это исключительно теоретически — JVM нам гарантирует, что чтение и запись элементарного типа int делает за один шаг и ни один поток не сможет вклиниться в эту операцию и что-то испортить.

Есть и другой способ использования слова synchronized — не в описании метода, а внутри кода. Давайте еще раз изменим наш пример в части метода increaseCounter .

package edu.javacourse.counter; public class CounterTester { public static void main(String args) throws InterruptedException { Counter counter = new Counter(); for(int i=0; i<200; i++) { CounterThread ct = new CounterThread(counter); ct.start(); } Thread.sleep(1000); System.out.println("Counter:" + counter.getCounter()); } } class Counter { private long counter = 0L; public void increaseCounter() { synchronized(this) { counter++; } } public long getCounter() { return counter; } } class CounterThread extends Thread { private Counter counter; public CounterThread(Counter counter) { this.counter = counter; } @Override public void run() { for(int i=0; i<1000; i++) { counter.increaseCounter(); } } }

package edu . javacourse . counter ;

public class CounterTester

public static void main (String args ) throws InterruptedException {

Counter counter = new Counter () ;

for (int i = 0 ; i < 200 ; i ++ ) {