Atomar, flüchtig oder synchronisiert: Welcher Ansatz garantiert Thread-Sicherheit?

Die Unterschiede zwischen atomaren, flüchtigen und synchronisierten Konstrukten

Diese Diskussion untersucht die interne Funktionsweise atomarer, flüchtiger und synchronisierter Konstrukte in der Programmierung.

Nicht synchronisiert Inkrementieren

private int counter;

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter++; 
}

Bei diesem unkomplizierten Ansatz treten Parallelitätsprobleme in Multithread-Umgebungen aufgrund von Rennbedingungen und Problemen mit der Speichersichtbarkeit auf. Jeder Thread verfügt möglicherweise über eine eigene lokale Kopie des Zählers, was zu Dateninkonsistenzen führt.

AtomicInteger

private AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter.getAndIncrement();
}

AtomicInteger nutzt CAS-Operationen (Compare-and-Swap). um die Thread-Sicherheit zu gewährleisten. Es liest den aktuellen Wert des Zählers, erhöht ihn und vergleicht und tauscht den neuen Wert atomar mit dem vorherigen aus.

Volatil ohne Synchronisierung

private volatile int counter;

public int getNextUniqueIndex() {
    return counter++; 
}

Dies Der Ansatz befasst sich nur mit dem Problem der Speichersichtbarkeit, nicht jedoch mit der Race-Bedingung. Der Vorgang vor/nach der Inkrementierung bleibt nicht atomar.

Volatile ohne Synchronisation (i = 5)

volatile int i = 0;
void incIBy5() {
    i += 5;
}

Dieser Code veranschaulicht den begrenzten Nutzen von Volatile. Auch wenn dies die Sichtbarkeit gewährleistet, ist der zugrunde liegende Vorgang nicht atomar, was zu Race-Bedingungen führt.

Synchronisierte Blöcke

void incIBy5() {
    int temp;
    synchronized(i) { temp = i }
    synchronized(i) { i = temp + 5 }
}

Dieser Synchronisierungsversuch ist aufgrund der Sperre fehlerhaft Das Objekt ändert sich bei jeder Ausführung, wodurch die synchronisierten Blöcke unwirksam werden. Die Sperren müssen über den gesamten Vorgang hinweg konsistent sein, um die Thread-Sicherheit zu gewährleisten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass atomare Konstrukte wie AtomicInteger threadsichere Vorgänge bereitstellen, ohne dass synchronisierte Blöcke erforderlich sind. Volatile gewährleistet die Sichtbarkeit des Speichers, garantiert jedoch nicht die Atomizität. Synchronisierte Blöcke bieten bei korrekter Verwendung eine explizite Kontrolle über den Thread-Zugriff auf gemeinsam genutzte Ressourcen.

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