文章摘要
隨著移動裝置的普及，安卓作業系統已成為全球使用最廣泛的移動作業系統之一。在安卓開發中，多執行緒程式設計是不可避免的，而同步機制則是確保多執行緒正確、高效執行的關鍵。本文將深入分析安卓中幾種常見的同步機制，包括它們的優缺點，並提供相應的程式碼示例。
正文
synchronized 關鍵字
synchronized 是 Java 中的一種內建同步機制，它可以確保在同一時刻只有一個執行緒訪問特定的程式碼塊或方法。
優點
簡單易用：只需要在方法或程式碼塊前加上 synchronized 關鍵字。
可防止死鎖：Java 虛擬機器（JVM）在處理 synchronized 塊時會自動處理鎖的獲取和釋放順序，從而降低死鎖的風險。
缺點
效能較低，因為每次訪問都需要獲取和釋放鎖。
不支援更高階的同步需求，如可中斷的鎖、公平鎖等。
控制粒度較粗：整個方法或程式碼塊都被鎖定，可能導致不必要的阻塞。
不支援超時等待：無法設定獲取鎖的超時時間。
非公平鎖：預設情況下，synchronized 鎖是非公平的，可能導致某些執行緒長時間等待。
程式碼示例
public class SynchronizedExample { private int count = 0; public synchronized void increment() { count++; } public synchronized int getCount() { return count; } }
ReentrantLock
ReentrantLock 是 java.util.concurrent.locks 包中的一個可重入鎖，它提供了比 synchronized 更精細的鎖定控制。
優點
支援可中斷的鎖、公平鎖和非公平鎖等高階同步需求。
效能較高，因為 ReentrantLock 使用了更高效的鎖實現。
支援中斷：可以透過呼叫 lockInterruptibly() 方法並在其他執行緒中中斷等待的執行緒。
缺點
需要手動管理鎖的獲取和釋放，增加了程式碼複雜度。
如果忘記釋放鎖，可能會導致死鎖。
程式碼示例
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; public class ReentrantLockExample { private int count = 0; private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); public void increment() { lock.lock(); try { count++; } finally { lock.unlock(); } } public int getCount() { lock.lock(); try { return count; } finally { lock.unlock(); } } }
Semaphore
Semaphore 是一種計數訊號量，用於控制同時訪問特定資源的執行緒數量。訊號量是一種計數器，用於控制多個執行緒對共享資源的訪問。在安卓中，訊號量主要用於實現程式間通訊和同步。透過使用訊號量，可以確保在多執行緒環境下，同一時刻只有一個執行緒能夠訪問共享資源，從而避免資料競爭和死鎖等問題。
優點
支援多個執行緒之間的同步。
可以控制同時訪問共享資源的執行緒數量。
支援超時等待和中斷。
缺點
如果不使用 tryLock() 方法，可能會導致死鎖。
不直接保護共享資源：需要額外的程式碼來確保資源的安全訪問。
如果忘記釋放訊號量，可能會導致資源洩露。
程式碼示例
import java.util.concurrent.Semaphore; public class SemaphoreExample { private int count = 0; private Semaphore semaphore = new Semaphore(1); public void increment() { semaphore.acquire(); try { count++; } finally { semaphore.release(); } } public int getCount() { semaphore.acquire(); try { return count; } finally { semaphore.release(); } } }
CountDownLatch
優點
支援多個執行緒之間的同步。
可以等待多個執行緒完成操作。
缺點
僅適用於特定場景。
程式碼示例
import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class CountDownLatchExample { private CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1); private int count = 0; public void increment() { count++; latch.countDown(); } public int getCount() { return count; } }
Atomic 類
Java 提供了一系列原子操作類，如 AtomicInteger、AtomicLong 等，這些類提供的方法都是執行緒安全的。
優點
簡單且高效：原子操作通常比使用鎖更快。
避免了鎖的競爭：由於原子操作不會阻塞，因此可以減少執行緒間的競爭。
缺點
功能有限：僅適用於簡單的原子操作，如計數、更新等。
不能保護複雜的操作：對於涉及多個變數或更復雜的操作，原子類可能不夠用。
程式碼示例
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class AtomicIntegerExample { private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0); public void increment() { counter.incrementAndGet(); } public void decrement() { counter.decrementAndGet(); } }
CyclicBarrier
優點
支援多個執行緒之間的同步。
可以等待多個執行緒完成操作。
缺點
僅適用於特定場景。
程式碼示例
import java.util.concurrent.CyclicBarrierExample; public class CyclicBarrierExample { private CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrierExample(1); private int count = 0; public void increment() { count++; } public int getCount() { return count; }
條件變數 (Condition Variable)
條件變數是一種同步機制，用於在一定條件下喚醒等待的執行緒。在安卓中，條件變數通常用於實現生產者-消費者模型，確保生產者和消費者之間的資料同步。
優點
允許執行緒在滿足特定條件時被喚醒，適合生產者-消費者模型。
缺點
如果使用不當，可能導致虛假喚醒或死鎖。
程式碼示例
Condition condition = lockObject.newCondition(); // 建立一個條件變數 // 生產者執行緒生產資料並喚醒消費者執行緒 condition.await(); // 等待條件滿足，如果條件不滿足則進入等待狀態 // 生產資料並喚醒消費者執行緒 condition.signal(); // 喚醒等待的消費者執行緒 // 消費者執行緒等待資料並被生產者執行緒喚醒 condition.await(); // 等待條件滿足，如果條件不滿足則進入等待狀態 // 處理資料並繼續執行後續操作
讀寫鎖 (Read-Write Lock)
優點
允許多讀單寫，提高了併發效能。
缺點
寫操作可能受到讀操作的阻塞。
程式碼示例
ReadWriteLock readWriteLock = new ReentrantReadWriteLock(); // 讀執行緒 readWriteLock.readLock().lock(); // 獲取讀鎖 try { // 讀取資料 } finally { readWriteLock.readLock().unlock(); // 釋放讀鎖 } // 寫執行緒類似，使用readWriteLock.writeLock()獲取和釋放寫鎖`
總結
每種同步機制都有其特定的適用場景和優缺點。選擇合適的同步機制對於確保程式的正確性和效能至關重要。開發者應根據實際需求仔細權衡，選擇最合適的同步機制。同時，正確的使用方式和時機也是避免併發問題的關鍵。