TechCodeview

ב-Java, משתנים אטומיים ו פעולות בשימוש במקביל. ה ריבוי השחלות הסביבה מובילה לבעיה כאשר במקביל מאוחדת. הישות המשותפת כגון אובייקטים ומשתנים עשויה להשתנות במהלך ביצוע התוכנית. לפיכך, הם עלולים להוביל לחוסר עקביות של התוכנית. לכן, חשוב לטפל בישות המשותפת תוך גישה במקביל. במקרים כאלה, ה משתנה אטומי יכול להיות פתרון לזה. בחלק זה, נדון מחלקות אטומיות, משתנים אטומיים, פעולות אטומיות , יחד עם דוגמאות.

יצוק ב-sql

לפני שתמשיך בסעיף זה, ודא שאתה מודע לכך פְּתִיל , סִנכְּרוּן , ו לנעול ב-Java.

שיעורי ג'אווה אטומיים

Java מספק java.util.concurrent.atomic חבילה שבה מוגדרות מחלקות אטומיות. הכיתות האטומיות מספקות א ללא נעילה ו בטוח בחוט סביבה או תכנות על משתנה בודד. זה גם תומך בפעולות אטומיות. לכל המחלקות האטומיות יש את המתודות get() ו-set() שעובדות על המשתנה הנדיף. השיטה פועלת כמו קריאה וכתיבה על משתנים נדיפים.

החבילה מספקת את השיעורים האטומיים הבאים:

אובייקטים של מחלקות אלה מייצגים את המשתנה האטומי של int, ארוך, בוליאני , ומתנגד התייחסות בהתאמה. למחלקות האטומיות יש כמה שיטות נפוצות הן כדלקמן:

פעולות אטומיות

הפעולות האלה שתמיד מבוצעות ביחד ידועות בשם פעולות אטומיות אוֹ פעולה אטומית . כל הפעולות האטומיות המבוצעות ביעילות מתרחשות בבת אחת או שאינן מתרחשות כלל. שְׁלוֹשָׁה מושגי מפתח הקשורים לפעולות אטומיות ב-Java הם כדלקמן:

1. האטומיות עוסקת באילו פעולות וקבוצות יש לפעולות בלתי נראה לדוגמה, שקול את קטע הקוד הבא:

 class NoAtomicOps { long counter=0; void increment() { for(;;) { count++; } } void decrement() { for(;;) { count--; } } //other statement } 

בקוד שלמעלה, ההתנהגות של הפעלת increment() ו-decrement() במקביל היא לא מוגדר ו לא צפוי .

2. הנראות קובעת מתי יכולה להיות ההשפעה של חוט אחד ראה על ידי אחר. לדוגמה, שקול את קטע הקוד הבא:

 class InfiniteLoop { boolean done= false; void work() { //thread T2 read while(!done) { //do work } } void stopWork() { //thread T1 write done=true; } //statements } 

בקוד שלמעלה, ייתכן שהשרשור T2 לעולם לא ייעצר גם לאחר שהשרשור T1 מוגדר כ-true. כמו כן, לא שאין סנכרון בין שרשורים.

3. סדר קובע מתי פעולות בשרשור אחד מתרחשות לא בסדר ביחס לשרשור אחר.

 class Order { boolean a=false; boolean b=false; void demo1() //thread T1 { a=true; b=true; } boolean demo2() //thread T2 { boolean r1=b; //sees true boolean r2=a; //sees false boolean r3=a; //sees true //returns true return (r1 && !r2) && r3; } } 

הסדר שבו מופיעים שדות a ו-b בשרשור T2 עשוי להיות שונה מהסדר שהם נקבעו בשרשור T1.

בונה מחרוזות

בואו נבין את זה באמצעות דוגמה.

 public class AtomicExample { int count; public void incrementCount() { count=1; } 

בקטע הקוד שלמעלה, הכרזנו על משתנה מסוג int לספור ובתוך המתודה incrementCount() הקצתה אותו ל-1. במקרה כזה, או שכולם קורים ביחד או שלא יקרו בכלל. לפיכך, הוא מייצג א פעולה אטומית והמבצע ידוע בשם אָטוֹמִיוּת .

הבה נשקול קטע קוד נוסף.

 public class AtomicExample { int count; public void incrementCount() { count=count+1; } 

נראה שגם מדובר בפעולה אטומית אבל לא כך. זוהי פעולה ליניארית המורכבת משלוש פעולות כלומר קריאה, שינוי וכתיבה. לכן, זה יכול לבצע חלקית. אבל אם אנחנו משתמשים בקוד לעיל בסביבה מרובת הליכי הליכה, זה יוצר בעיה.

נניח שקראנו לקוד הנ'ל בסביבה עם חוט יחיד, הערך המעודכן של ספירה יהיה 2. אם נקרא לשיטה שלעיל על ידי שני שרשורים נפרדים, הם גם ניגשים למשתנה בו זמנית וגם מעדכנים את הערך של לספור בו זמנית. כדי להימנע ממצב זה, אנו משתמשים בפעולה אטומית.

JavaScript לדוגמא

Java תומכת במספר סוגים של פעולות אטומיות, הן כדלקמן:

• נָדִיף משתנים
• פעולות אטומיות ברמה נמוכה (לא בטוחות)
• שיעורים אטומיים

בואו נראה איך נוכל ליצור פעולה אטומית.

משתנה אטומי

המשתנה האטומי מאפשר לנו לבצע פעולה אטומית על משתנה. משתנים אטומיים ממזערים את הסנכרון ועוזרים להימנע משגיאות עקביות בזיכרון. לפיכך, זה מבטיח סנכרון.

מסגרת אוסף java

החבילה האטומית מספקת את חמשת המשתנים האטומיים הבאים:

• AtomicInteger
• AtomicLong
• Atomic Boolean
• AtomicIntegerArray
• AtomicLongArray

הצורך במשתנה אטומי

הבה נשקול את הקוד הבא.

Counter.java

 class Counter extends Thread { // Counter Variable int count = 0; //the method starts the execution of a thread public void run() { int max = 1; //increments the counter variable up to specified max time for (int i = 0; i <max; i++) { count++; } public class counter static void main(string args[]) throws interruptedexception creating an instance of the c="new" counter(); four threads thread t1="new" thread(c, 'first'); t2="new" 'second'); t3="new" 'third'); t4="new" 'fourth'); by calling start() method, we have started t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); main will wait for all until execution do not complete t1.join(); t2.join(); t3.join(); t4.join(); prints final value count variable system.out.println(c.count); < pre> <p> <strong>Output:</strong> </p> <pre> 4 </pre> <p>The above program gives the expected output if it is executed in a single-threaded environment. A multi-threaded environment may lead to unexpected output. The reason behind it that when two or more threads try to update the value at the same time then it may not update properly.</p> <p>Java offers <strong>two</strong> solutions to overcome this problem:</p> <ul> <li>By using lock and synchronization</li> <li>By using atomic variable</li> </ul> <p>Let&apos;s create a Java program and use an atomic variable to overcome the problem.</p> <h3>By using Atomic Variable</h3> <p> <strong>AtomicExample.java</strong> </p> <pre> class Counter extends Thread { // Counter Variable int count = 0; //the method starts the execution of a thread public void run() { int max = 1; //increments the counter variable up to specified max time for (int i = 0; i <max; i++) { count++; } public class counter static void main(string args[]) throws interruptedexception creating an instance of the c="new" counter(); four threads thread t1="new" thread(c, 'first'); t2="new" 'second'); t3="new" 'third'); t4="new" 'fourth'); by calling start() method, we have started t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); main will wait for all until execution do not complete t1.join(); t2.join(); t3.join(); t4.join(); prints final value count variable system.out.println(c.count); < pre> <p> <strong>Output:</strong> </p> <pre> 4 </pre> <h2>Synchronized Vs. Atomic Vs. Volatile</h2> <table class="table"> <tr> <th>Synchronized</th> <th>Atomic</th> <th>Volatile</th> </tr> <tr> <td>It applies to methods only.</td> <td>It applies to variables only.</td> <td>It also applies to variables only.</td> </tr> <tr> <td>It ensures visibility along with atomicity.</td> <td>It also ensures visibility along with atomicity.</td> <td>It ensures visibility, not atomicity.</td> </tr> <tr> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> <td>It stores in RAM, so accessing volatile variables is fast. But it does not provide thread-safety and synchronization.</td> </tr> <tr> <td>It can be implemented as a synchronized block or a synchronized method.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> </tr> <tr> <td>It can lock the same class object or a different class object.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> </tr> </table> <hr></max;></pre></max;>

התוכנית לעיל נותנת את הפלט הצפוי אם היא מבוצעת בסביבה עם חוט יחיד. סביבה מרובת חוטים עלולה להוביל לפלט בלתי צפוי. הסיבה מאחורי זה שכאשר שני שרשורים או יותר מנסים לעדכן את הערך בו זמנית אז הוא עלול לא להתעדכן כראוי.

Java מציעה שתיים פתרונות להתגבר על בעיה זו:

• באמצעות נעילה וסנכרון
• על ידי שימוש במשתנה אטומי

בואו ניצור תוכנית Java ונשתמש במשתנה אטומי כדי להתגבר על הבעיה.

על ידי שימוש במשתנה אטומי

AtomicExample.java

 class Counter extends Thread { // Counter Variable int count = 0; //the method starts the execution of a thread public void run() { int max = 1; //increments the counter variable up to specified max time for (int i = 0; i <max; i++) { count++; } public class counter static void main(string args[]) throws interruptedexception creating an instance of the c="new" counter(); four threads thread t1="new" thread(c, \'first\'); t2="new" \'second\'); t3="new" \'third\'); t4="new" \'fourth\'); by calling start() method, we have started t1.start(); t2.start(); t3.start(); t4.start(); main will wait for all until execution do not complete t1.join(); t2.join(); t3.join(); t4.join(); prints final value count variable system.out.println(c.count); < pre> <p> <strong>Output:</strong> </p> <pre> 4 </pre> <h2>Synchronized Vs. Atomic Vs. Volatile</h2> <table class="table"> <tr> <th>Synchronized</th> <th>Atomic</th> <th>Volatile</th> </tr> <tr> <td>It applies to methods only.</td> <td>It applies to variables only.</td> <td>It also applies to variables only.</td> </tr> <tr> <td>It ensures visibility along with atomicity.</td> <td>It also ensures visibility along with atomicity.</td> <td>It ensures visibility, not atomicity.</td> </tr> <tr> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> <td>It stores in RAM, so accessing volatile variables is fast. But it does not provide thread-safety and synchronization.</td> </tr> <tr> <td>It can be implemented as a synchronized block or a synchronized method.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> </tr> <tr> <td>It can lock the same class object or a different class object.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> <td>We can&apos;t achieve the same.</td> </tr> </table> <hr></max;>

מסונכרן לעומת Atomic Vs. נָדִיף