22. Concurrence et threads en Java
La concurrence est un concept fondamental dans la programmation moderne, notamment en Java. Avec l'augmentation du nombre de processeurs et de cœurs dans les systèmes informatiques, il devient de plus en plus important de savoir effectuer des tâches simultanément pour tirer le meilleur parti des ressources matérielles disponibles. Dans ce chapitre, nous explorerons les concepts de concurrence et de threads en Java, en passant des bases aux aspects avancés.
Principes fondamentaux du fil de discussion
En Java, un thread est la plus petite unité d'exécution pouvant être planifiée par le système d'exploitation. Une application Java peut avoir plusieurs threads exécutés simultanément, chacun gérant une partie différente du travail. Cela permet aux programmes d'effectuer plusieurs tâches, comme répondre aux événements utilisateur tout en effectuant des calculs en arrière-plan.
Pour créer un fil de discussion en Java, il existe deux manières principales :
- Extension de la classe Thread : Créez une classe qui étend
java.lang.Threadet remplace la méthoderun(). Après avoir créé une instance de votre classe, appelez la méthodestart()pour exécuter le thread. - Implémentation de l'interface Runnable : Créez une classe qui implémente l'interface
Runnableet implémente la méthoderun(). Vous pouvez transmettre une instance de cette classe au constructeurThreadpuis appelerstart().
la classe MyThread étend le fil {
public void run() {
// Code à exécuter dans un nouveau thread
}
}
la classe MyRunnable implémente Runnable {
public void run() {
// Code à exécuter dans un nouveau thread
}
}
classe publique ExempleThread {
public static void main (String[] arguments) {
MonThread mt = new MonThread();
mt.start();
Thread t = nouveau Thread(nouveau MyRunnable());
t.start();
}
}
Gestion des fils de discussion
La gestion manuelle des threads peut être complexe et sujette aux erreurs. Java fournit un ensemble d'outils pour aider à gérer l'exécution des threads, notamment des méthodes pour :
- Synchronisation : mot clé
synchroniséet classes dans le packagejava.util.concurrent, telles queLocks, LesSémaphoresetCountDownLatchaident à gérer l'accès aux ressources partagées. - Communication inter-thread : les méthodes telles que
wait(),notify()etnotifyAll()sont utilisé pour la communication entre les threads. - Gestion de l'état : des méthodes telles que
interrupt(),join()etisAlive()aident à gérer l'état et le cycle de vie des threads.
Problèmes de concurrence
Le développement d'applications concurrentes entraîne des défis uniques, tels que :
- Interblocage : se produit lorsque deux threads ou plus attendent indéfiniment l'un l'autre pour libérer des ressources, ce qui entraîne un blocage.
- Famine : se produit lorsqu'un ou plusieurs threads ne peuvent pas avancer en raison de la monopolisation des ressources par d'autres threads.
- Conditions de concurrence : surviennent lorsque deux threads ou plus accèdent simultanément à une ressource partagée et que le résultat final dépend de l'ordre d'exécution des threads.
Pour éviter ces problèmes, il est essentiel de comprendre et d'appliquer des techniques de synchronisation et de blocage appropriées.
Exécuteurs et services d'exécuteur testamentaire
À partir de Java 5, l'API Concurrency a introduit le cadre d'exécution, qui simplifie l'exécution et la gestion des threads. Les exécuteurs résument la création et la gestion des threads, fournissant un service d'exécution qui peut être utilisé pour exécuter des tâches de manière asynchrone.
Exemples d'exécuteurs testamentaires :
- ThreadPoolExecutor : gère un pool de threads réutilisables.
- ScheduledThreadPoolExecutor : Permet l'exécution de tâches avec un délai ou périodiquement.
- Executors.newCachedThreadPool : crée un pool de threads qui crée de nouveaux threads selon les besoins, mais réutilisera les threads précédemment construits lorsqu'ils seront disponibles.
ExecutorService exécuteur = Executors.newFixedThreadPool(4);
exécuteur.execute(nouveau Runnable() {
public void run() {
// Tâche à exécuter
}
});
exécuteur.shutdown();
Compétition de haut niveau
En plus des exécuteurs, l'API Java Concurrency propose des abstractions de haut niveau telles que :
FutureetCallablepour travailler avec les résultats de tâches asynchrones.CompletionServicepour gérer un ensemble de tâches asynchrones.Collections simultanéestelles queConcurrentHashMapetBlockingQueuepour travailler avec des collections dans des environnements simultanés.
Bonnes pratiques de compétition
Pour écrire des programmes concurrents robustes et efficaces en Java, il est important de suivre quelques bonnes pratiques :
- Réduisez la portée des sections critiques en utilisant la synchronisation uniquement lorsque cela est strictement nécessaire.
- Évitez les blocages de longue durée afin de réduire le risque de blocage et d'améliorer la réactivité des applications.
- Préférez les abstractions de haut niveau de l'API Java Concurrency à la gestion manuelle des threads et de la synchronisation.
- Utilisez des collections simultanées pour gérer l'accès aux données partagées entre les threads.
- Soyez conscient des problèmes de concurrence courants tels que les conditions de concurrence critique, les blocages et la famine, et sachez comment les éviter.
En résumé, la simultanéité en Java est une fonctionnalité puissante qui, lorsqu'elle est utilisée correctement, peut conduire à des applications plus réactives et efficaces. Cependant, cela introduit également de la complexité et des pièges potentiels. Avec une solide compréhension des concepts et des outils fournis par l'API Java Concurrency, les développeurs peuvent créer des programmes simultanés sûrs et efficaces.
