アトミック、揮発性、または同期: スレッドの安全性を保証するアプローチはどれですか?

アトミック、揮発性、同期の違い

この説明では、プログラミングにおけるアトミック、揮発性、同期構造の内部動作について説明します。

非同期インクリメント

private int counter;

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

この直接的なアプローチでは、競合状態やメモリの可視性の問題により、マルチスレッド環境で同時実行の問題が発生します。各スレッドにはカウンタの独自のローカル コピーが存在する可能性があり、データの不整合が生じる可能性があります。

AtomicInteger

private AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

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

AtomicInteger は CAS (比較およびスワップ) 操作を利用します。スレッドの安全性を確保するため。カウンタの現在の値を読み取り、増分し、新しい値を前の値とアトミックに比較して交換します。

同期なしで揮発性

private volatile int counter;

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

これこのアプローチはメモリの可視性の問題にのみ対処しますが、競合状態には対処しません。前/後のインクリメント操作は非アトミックのままです。

同期なしの揮発性 (i = 5)

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

このコードは、volatile の限られた有用性を示しています。可視性は確保されていますが、基礎となる操作はアトミックではないため、競合状態が発生します。

同期ブロック

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

ロックが原因で、この同期の試みには欠陥があります。オブジェクトは実行のたびに変化し、同期されたブロックが無効になります。スレッドの安全性を確保するには、操作全体でロックが一貫している必要があります。

結論として、AtomicInteger のようなアトミックな構造は、同期されたブロックを必要とせずにスレッド セーフな操作を提供します。 Volatile はメモリの可視性を保証しますが、アトミック性は保証しません。同期ブロックを正しく使用すると、共有リソースへのスレッド アクセスを明示的に制御できます。

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