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Java多线程最佳实践

多线程是指操作系统在同一时间点内存中拥有多个线程的能力,让人误以为所有这些线程都在并发执行。虽然多线程有多种好处,但你必须了解最佳实践,以避免出现与线程同步、饥饿、并发等相关的任何问题。

本文章中,我们将介绍在Java中多线程的最佳实践。

Java 多线程最佳实践

以下是Java开发人员在Java应用程序中使用多线程时应采用的一些最佳实践。

避免竞争条件和死锁

在使用Java线程时,最需要记住的是避免出现竞争条件和死锁。当多个线程试图在同一时间访问同一段数据时,就会出现竞争条件。

开发人员可能会因此遇到意想不到的结果,也可能导致程序出现问题。当线程相互等待对方完成后才继续运行时,就会出现死锁。调试和解决这个问题可能很有难度,因为它会导致程序冻结。

避免使用 wait() 和 notify()

虽然 wait()notify() 方法看似是管理线程的有效方法,但如果使用不当,可能会导致死锁。通常最好使用其他同步技术。

使用线程池

开发人员可以利用Java中的线程池来限制程序中活动线程的数量。这可以减少与创建和管理线程相关的开销。线程池有助于减少创建、管理和销毁线程的开销。

线程池允许开发人员创建一定数量的线程,这些线程可重复用于执行任务,从而避免了每次执行任务时都创建新线程的麻烦。

使用线程池时,有必要仔细考虑池的大小。在避免创建不必要的线程的同时,如果能适当调整池的大小以处理峰值负载,将会有所帮助。

优先锁定顺序

在使用同步块或方法时,重要的是对锁进行排序,以免两个线程同时尝试获取相同的锁,从而导致死锁。锁的顺序应始终基于哪些对象最有可能首先被其他线程访问,以减少发生死锁的机会。

使用volatile修饰变量

Java中使用线程时,volatile变量是个好主意。volatile变量可由多个线程更改,也可由多个线程写入和读取。通过使用volatile变量,可以确保所有线程都能看到最新的值。这对于确保跨线程的数据一致性非常重要。

当开发人员向volatile变量写入内容时,其他线程会立即看到所有写入内容。因此,其他线程将始终看到最新的值。同样,从volatile变量中读取时,所有读取都会保证返回任何线程的最新写入值。

正因为有了这种保证,volatile变量经常被用作线程间同步的一种简单形式。例如,线程可能会使用volatile变量作为标志,以表示某些操作已经完成。

另一个线程可以检查该标记,以了解何时可以继续。不过,volatile变量并不能保证正确的排序。换句话说,如果一个线程向volatile变量写入,另一个线程从中读取,那么读取和写入的顺序是无法保证的。只有一个保证:它将返回最近写入的内容。

避免使用线程局部变量

线程局部变量应尽量少用,因为在涉及多个线程和对象的复杂应用程序中,它们很快就会变得难以管理和维护。一般来说,除非绝对必要,否则最好避免使用线程局部变量。

保持同步块轻量

同步块应尽可能小,以获得最高性能和可扩展性。尽可能避免在同步块内调用昂贵的操作或进行任何可能阻塞的调用(如 I/O 调用)。

使用无锁数据结构

无锁数据结构旨在减少争用和提高可扩展性。当你需要从多个线程高效地访问共享资源时,可以考虑使用它们。

使用执行器

创建新线程并在多线程环境中运行会产生成本,主要是由于上下文切换。您可以利用Java Executor Framework,它是Java 1.5 中引入的 Java 并发包的一部分。它是 Java 运行时主线程基础架构的封装。

执行器是一种 Java 实用工具类,它能让您更轻松地管理和执行线程池中的任务。请考虑使用执行器来管理应用程序的线程,而不是手动管理它们。

使用线程安全日志

日志记录是任何应用程序中最重要的横向问题之一。尽管如此,在多线程环境中实施日志记录却极具挑战性。请确保使用线程安全日志库或框架,以确保以线程安全和一致的方式正确编写日志。

监控和记录性能

监控应用程序中线程的性能,确保记录出现的任何问题,并在成为重大问题之前找出应用程序中的潜在瓶颈或问题。

利用线程安全库

有许多第三方库和框架提供了常见操作的线程安全实现。请尽可能考虑使用这些库和框架,以减少手动线程管理的工作量。

使用多线程时使用读写锁

Java 中,读/写锁允许多个线程同时对资源进行只读访问,但一次只能有一个线程进行写访问。这样可以确保不会有两个线程同时向资源写入数据,否则会导致数据损坏。

在 Java 中使用读/写锁时需要记住以下几点:

  • 确保所有写入操作都在锁块内执行。这将确保在特定时间点只有一个线程能写入资源。
  • 在可能的情况下,使用**tryLock()而不是lock()**来获取锁。如果锁已被其他线程持有,**tryLock()**方法将返回 false,这样可以避免不必要的阻塞。
  • 使用完资源后,请确保尽快释放锁。锁定时间过长会妨碍其他线程访问所需的资源。

使用正确的并发集合

并发集合旨在以安全高效的方式处理多个线程对同一数据结构的访问。例如,如果需要存储频繁访问或修改的大量数据,可以考虑使用ConcurrentHashMap代替Vector

使用原子对象

Java中使用线程时,必须使用原子对象来确保正确操作数据。原子对象提供了一种简单的方法,可确保以线程安全的方式访问和更新数据。Java 中的一些原子类包括AtomicIntegerAtomicLongAtomicBooleanAtomicReference

总结

按照本教程中的Java多线程最佳实践,开发人员可以降低遇到线程问题的风险,并创建利用多线程优势的健壮代码,而不会引入不必要的复杂问题。

始终使用线程安全的类、方法和变量,以提高效率和可扩展性。通过良好的设计选择,开发人员可以实现高效的多线程Java应用程序,在保持效率的同时提高性能。

本文章是翻译于java-multithreading-best-practices

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