Потоки в Java: Thread і Runnable – Повний посібник

Вступ до багатопоточності в Java

Коли мова заходить про багатозадачність, у Java Thread – це перший інструмент, який спадає на думку. Потоки дають змогу виконувати кілька завдань паралельно, підвищуючи продуктивність додатків. Але перш ніж кидатися в код на Java, давай розберемося, навіщо взагалі потрібна багатопотоковість і які плюси і мінуси вона несе.

На практиці ж усе це вивчити ти легко зможеш на курсах від компанії FoxmindEd.

Що таке потоки і навіщо вони потрібні?

Потоки – це легковагі процеси всередині програми, які можуть виконуватися одночасно. Наприклад, якщо твій застосунок завантажує дані з мережі й одночасно відтворює UI, без потоків тут не обійтися. Саме вони уможливлюють асинхронну обробку завдань і підвищення чуйності системи.

Переваги та складнощі багатопоточності

Багатопоточність у Java дає можливість:

• Прискорити виконання ресурсоємних завдань.
• Підтримувати чуйність UI в графічних додатках.
• Ефективно використовувати обчислювальні потужності багатопроцесорних систем.

Однак вона ж вносить і складнощі: перегони потоків, взаємні блокування та інші веселі штуки, через які баги стають важче відтворюваними.

Створення потоків у Java: Thread і Runnable

Різниця між Thread та Runnable

Є два способи створити потік у Java: успадкувати клас від Thread або реалізувати Runnable. Java Runnable дає змогу винести логіку потоку в окремий клас і використовувати його в різних місцях, що робить код гнучкішим.

Як створити потік за допомогою Thread?

Створення потоку через Thread – це найпростіший шлях:

class MyThread extends Thread {

    public void run() {

        System.out.println("Потік працює!");

    }

}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        MyThread thread = new MyThread();

        thread.start();

    }

}

Використання інтерфейсу Runnable

Якщо ж потрібно розділити логіку і виконання потоку, краще використовувати Runnable:

class MyRunnable implements Runnable {

    public void run() {

        System.out.println("Запустили Runnable!");

    }

}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Thread thread = new Thread(new MyRunnable());

        thread.start();

    }

}

Що вибрати: Thread чи Runnable? Якщо потрібно просто створити потік – Thread. Якщо хочеш перевикористати логіку – Runnable.

Життєвий цикл потоку в Java

• Основні стадії виконання потоку

Кожен життєвий цикл потоку Java проходить кілька етапів: створення, запуск, виконання, завершення.

• Як керувати життєвим циклом потоку?

Ти можеш запускати, призупиняти або завершувати потоки, контролюючи їхню поведінку.

• Методи керування потоками (start, sleep, join, interrupt)

Використовуй start() для запуску, sleep() для паузи, join() для очікування завершення, interrupt() для переривання виконання.

Синхронізація потоків і робота з ресурсами

Чому важлива синхронізація?

Коли кілька потоків намагаються одночасно змінити один ресурс, без синхронізації потоків Java можна отримати несподівані баги.

Використання synchronized для координації потоків

За допомогою ключового слова synchronized можна захистити критичні секції коду.

Робота з volatile та Atomic-змінними

volatile – це такий спосіб нібито сказати джаві: “Ця змінна важлива. Тож стеж за нею уважно”. Інакше кажучи, якщо змінна позначена як volatile, інші потоки бачать її актуальне значення (а не, скажімо, кешовану версію у себе). Звичайно, від усіх проблем синхронізації це не врятує. Однак, для простих випадком – цілком.

Паралельність і конкурентне виконання

• Різниця між паралельністю та конкуренцією

Потоки в Java можуть працювати як одночасно, так і конкурувати. У першому випадку це називається паралельність. Другий випадок означає, що потоки борються за один і той самий ресурс. Як ти розумієш, важливо розуміти різницю між ними.

• Використання ExecutorService для керування потоками

Якщо плануєш створювати потоки, то знай, що робити це вручну щоразу – не дуже зручно. Набагато краще, якщо ти будеш використовувати ExecutorService. Він сам розбереться, як саме і скільки потоків запускати.

• Callable, Future і обробка результатів потоків

Для повернення значень із потоків знадобляться Callable і Future.

Підпишіться на наш Ютуб-канал! Корисні відео для програмістів чекають на вас! YouTube

Оберіть свій курс програмування! Шлях до кар’єри програміста починається тут! Подивитись

Поширені проблеми та оптимізація потоків

Гонка потоків (Race Condition) і як її уникнути

Трапляється так, що кілька потоків читають і записують одну й ту саму змінну. Це погано. Це і називається гонка потоків. Щоб подібного не відбувалося, використовуй: synchronized, Lock і Atomic-класи. І тоді можеш бути впевнений – конфліктів потоків не буде.

Взаємоблокування (Deadlock) та їх вирішення

Тут варіант, коли два потоки чекають один на одного нескінченно. Це типова пастка: один потік захопив ресурс А і чекає на ресурс Б, а другий потім – навпаки. Щоб уникнути таких ситуація:

• захоплюй блокування в одному порядку. Завжди;
• використовуй таймаути з tryLock;
• За можливості, уникай вкладених синхронізованих блоків.

Оптимізація багатопотокових програм: найкращі практики

Багатопоточність – потужно, але ресурсоємно. Щоб усе працювало стабільно, слід: мінімізувати блокування, використовувати пули потоків (скажімо, ThreadPoolExecutor або ForkJoinPool) і профілювати код.

Висновок

Тепер ти знаєш, як працювати з потоками в Java: від volatile і Atomic до ExecutorService і Future. Багатопоточність зможе прискорити твій додаток. Але тут потрібна увага до деталей. І не забувай про синхронізацію. Використовуй її з розумом і вибудовуй архітектуру правильно.