Synchronized trong Java: Cách sử dụng và ví dụ

Trong lập trình đa luồng, việc đồng bộ truy cập đến tài nguyên chia sẻ giữa nhiều luồng là điều vô cùng quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn và chính xác của dữ liệu. Java cung cấp từ khóa synchronized trong Java để xử lý bài toán này.

Synchronized là một cơ chế đồng bộ cấp độ phương thức hoặc khối mã. Khi một luồng thực thi một phương thức hoặc khối mã được đánh dấu là synchronized, luồng đó sẽ có quyền sở hữu độc quyền đối với đối tượng mà phương thức hoặc khối mã đó thuộc. Các luồng khác cố gắng truy cập vào phương thức hoặc khối mã synchronized sẽ phải chờ cho đến khi luồng đang sở hữu quyền giải phóng quyền sở hữu.

Giới thiệu về synchronized trong Java

Trong lập trình Java, synchronized được sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu khi có nhiều luồng cùng truy cập vào một tài nguyên chia sẻ. Nó đảm bảo rằng chỉ có một luồng được phép thực thi phương thức hoặc khối mã synchronized tại một thời điểm, đồng thời cũng đảm bảo rằng các luồng khác sẽ phải chờ cho đến khi luồng đang sở hữu quyền giải phóng quyền sở hữu trước khi được phép truy cập vào phương thức hoặc khối mã đó.

Điều này giúp tránh được các lỗi xung đột dữ liệu và đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu trong các ứng dụng đa luồng. Tuy nhiên, việc sử dụng synchronized cũng có thể gây ra hiệu suất kém do các luồng phải chờ đợi để truy cập vào phương thức hoặc khối mã synchronized.

Xem tin tuyển dụng Java mới nhất trên TopDev

Cách sử dụng synchronized

Synchronized được sử dụng bằng cách thêm từ khóa synchronized vào trước khai báo phương thức hoặc khối mã cần đồng bộ. Ví dụ:

public class MyClass {
    private int count;
    public synchronized void incrementCount() {
        count++;
    }
    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

Trong ví dụ trên, phương thức incrementCount và getCount được đánh dấu là synchronized. Khi một luồng thực thi phương thức incrementCount, các luồng khác không được phép truy cập đồng thời vào phương thức này. Tương tự, khi một luồng thực thi phương thức getCount, các luồng khác không được phép truy cập đồng thời vào phương thức này.

Ngoài ra, synchronized cũng có thể được sử dụng để bảo vệ khối mã. Ví dụ:

public class MyClass {
    private int count;
    public void incrementCount() {
        synchronized (this) {
            count++;
        }
    }
    public int getCount() {
        synchronized (this) {
            return count;
        }
    }
}

Trong ví dụ này, chúng ta sử dụng từ khóa synchronized với đối tượng this để đảm bảo rằng chỉ có một luồng được phép thực thi khối mã bên trong synchronized tại một thời điểm.

Đặc điểm của synchronized

• Synchronized đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu khi có nhiều luồng cùng truy cập vào một tài nguyên chia sẻ.
• Chỉ có một luồng được phép thực thi phương thức hoặc khối mã synchronized tại một thời điểm.
• Các luồng khác sẽ phải chờ cho đến khi luồng đang sở hữu quyền giải phóng quyền sở hữu trước khi được phép truy cập vào phương thức hoặc khối mã synchronized.
• Synchronized có thể được sử dụng để bảo vệ cấp độ phương thức hoặc khối mã.

Sự khác biệt giữa synchronized và lock trong Java

Trong Java, ngoài từ khóa synchronized, chúng ta còn có thể sử dụng các lớp trong gói java.util.concurrent.locks để đạt được cùng một mục đích là đồng bộ hóa các luồng. Tuy nhiên, có một số điểm khác biệt giữa synchronized và lock trong Java như sau:

Vì synchronized được quản lý bởi JVM, nên việc sử dụng nó có thể đơn giản hơn so với lock trong Java. Tuy nhiên, lock cho phép chúng ta tùy ý chỉ định thời gian chờ và áp dụng cho nhiều phương thức hoặc khối mã, giúp tăng tính linh hoạt và hiệu quả trong việc đồng bộ hóa các luồng.

Ví dụ về việc sử dụng synchronized trong Java

Để minh họa rõ hơn về cách sử dụng synchronized trong Java, chúng ta sẽ xem xét một ví dụ đơn giản về việc tính tổng của một mảng số nguyên.

public class SumCalculator {
    private int sum = 0;
    public synchronized void add(int[] numbers) {
        for (int num : numbers) {
            sum += num;
        }
    }
    public synchronized int getSum() {
        return sum;
    }
} 

Trong ví dụ này, chúng ta có một lớp SumCalculator với hai phương thức add và getSum. Hai phương thức này đều được đánh dấu là synchronized, đảm bảo rằng chỉ có một luồng được phép thực thi vào một thời điểm.

Nếu chúng ta không sử dụng synchronized, có thể xảy ra tình huống một luồng đang tính tổng của mảng số nguyên, thì luồng khác lại thay đổi giá trị của biến sum và gây ra kết quả sai lệch.

Lợi ích của việc sử dụng synchronized

• Đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu khi có nhiều luồng cùng truy cập vào một tài nguyên chia sẻ.
• Tránh được các lỗi xung đột dữ liệu.
• Giúp đơn giản hóa việc đồng bộ hóa các luồng trong ứng dụng đa luồng.

Nhược điểm của synchronized trong Java

• Có thể làm giảm hiệu suất của ứng dụng do các luồng phải chờ đợi để truy cập vào phương thức hoặc khối mã synchronized.
• Không thể chỉ định thời gian chờ cho các luồng khác khi chúng cố gắng truy cập vào phương thức hoặc khối mã synchronized.

Cách tối ưu hóa việc sử dụng synchronized trong Java

Để tối ưu hóa việc sử dụng synchronized trong Java, chúng ta có thể áp dụng một số kỹ thuật sau:

• Sử dụng synchronized chỉ khi cần thiết: Tránh việc đánh dấu tất cả các phương thức hoặc khối mã là synchronized, hãy chỉ sử dụng nó cho những phần cần thiết để tránh làm giảm hiệu suất của ứng dụng.
• Sử dụng lock thay cho synchronized: Nếu cần tùy chỉnh thời gian chờ hoặc áp dụng cho nhiều phương thức hoặc khối mã, chúng ta có thể sử dụng các lớp trong gói java.util.concurrent.locks thay cho synchronized.
• Sử dụng volatile cho biến cần đồng bộ: Nếu chỉ có một biến cần được đồng bộ hóa, chúng ta có thể sử dụng từ khóa volatile để đảm bảo tính toàn vẹn của biến đó.

Các lỗi thường gặp khi sử dụng synchronized trong Java

1. Deadlock: Đây là tình huống mà hai hay nhiều luồng đang chờ đợi lẫn nhau để giải phóng quyền sở hữu, dẫn đến việc tất cả các luồng đều bị treo và không thể tiếp tục thực thi.
2. Livelock: Tương tự như deadlock, tuy nhiên các luồng vẫn tiếp tục thực thi nhưng không thể hoàn thành công việc của mình do liên tục chờ đợi lẫn nhau.
3. Starvation: Tình huống mà một luồng luôn được ưu tiên để giải phóng quyền sở hữu, dẫn đến các luồng khác bị chặn và không thể thực thi.
4. Race condition: Khi hai hay nhiều luồng cùng truy cập vào một biến không được đồng bộ hóa, có thể xảy ra tình huống ghi đè dữ liệu và dẫn đến kết quả sai lệch.

Tổng kết

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu về cách sử dụng synchronized trong Java để đảm bảo tính toàn vẹn và nhất quán của dữ liệu khi có nhiều luồng cùng truy cập vào một tài nguyên chia sẻ. Chúng ta cũng đã tìm hiểu về các điểm khác biệt giữa synchronized và lock trong Java, cùng với các lợi ích, nhược điểm và cách tối ưu hóa việc sử dụng synchronized.

Việc sử dụng synchronized là rất quan trọng trong việc xây dựng các ứng dụng đa luồng, tuy nhiên cần phải cân nhắc và tối ưu hóa để tránh các lỗi thường gặp và đảm bảo hiệu suất của ứng dụng.

Bài viết mang tính chất tham khảo
Nội dung được tổng hợp bởi công cụ AI và điều chỉnh bởi Ban Biên tập TopDev

Truy cập ngay các công việc IT lương cao trên TopDev