Java 同時プログラミングにおける一般的な同時実行パターンと設計は何ですか?

Java 同時プログラミングは、ロック、アトミック変数、セマフォ、バリア、パブリッシュ/サブスクライブなどのさまざまなパターンと設計を提供し、堅牢でスケーラブルでパフォーマンスの高い同時実行アプリケーションの作成に役立ちます。同時実行設計には、同時処理を最適化するためのスレッド プール、同時コレクション、ロックフリー データ構造、リアクティブ プログラミング、および分散ロックが含まれます。実際のケースでは、スレッド プールと同時キューを使用して大量のリクエストを処理します。この例では、Java 同時実行 API を使用してリクエストの処理効率を最適化する方法を示します。

Java 並行プログラミングにおける一般的な同時実行パターンと設計

並行プログラミングには、複数のタスクを同時に実行できるようにコードを記述することが含まれます。 Java は、開発者が堅牢でスケーラブルでパフォーマンスの高い同時実行アプリケーションを設計するのに役立つさまざまな同時実行パターンと設計を提供します。

同時実行モード

1. ロック - 共有データへの排他的アクセスを保証し、競合状態を防ぎます。

2. アトミック変数 - 異なるスレッドが同時に同じ値を変更することを防ぐために、スレッドセーフな変数を提供します。

3. セマフォ - 共有リソースに同時にアクセスできるスレッドの数を制限します。

4. バリア - スレッドを同期して、実行を続行する前にすべてのスレッドが特定のポイントに到達していることを確認します。

5. パブリッシュ - サブスクライブ - パブリッシャーがイベントを非同期にパブリッシュし、サブスクライバーが必要に応じてこれらのイベントを受信できるようにします。

同時実行設計

1. スレッド プール - スレッドの作成と破棄を管理して、パフォーマンスとスケーラビリティを向上させます。

2. 同時コレクション - スレッドセーフなコレクションを提供し、マルチスレッド環境でのデータの安全な保存と取得を可能にします。

3. ロックフリーのデータ構造 - アトミック操作を使用してスレッドの安全性を実現し、ロックの使用によるオーバーヘッドを回避します。

4. リアクティブ プログラミング - ブロッキング I/O を使用するのではなく、非同期イベント ストリームの処理に重点を置きます。

5. 分散ロック - 分散システムでの同時アクセスを調整し、複数のサーバーにわたる共有リソースを管理するために使用されます。

実践的な例: スレッド プールと同時キューの使用

大量のリクエストを処理するアプリケーションを考えてみましょう。スレッド プールと同時キューを使用して、同時リクエストの処理を最適化できます:

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadPoolExample {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个固定大小为 4 的线程池
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);

        // 创建一个无界的并发队列
        LinkedBlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<>();

        // 向队列中添加请求任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            queue.offer(() -> {
                // 执行请求处理
                System.out.println("执行请求：" + i);
            });
        }

        // 提交队列中的任务到线程池
        executorService.submit(queue);

        // 在 5 秒后关闭线程池
        executorService.shutdown();
        executorService.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

この例では、4 つのスレッドを持つスレッド プールを作成しました。タスクは同時キューに格納され、スレッド プールはキューからタスクを取得して並列実行します。これにより、スレッドは次のタスクの処理を開始する前にタスクの完了を待つ必要がなくなるため、リクエストの処理がより効率的になります。

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