Нет независимости нитей! Даешь synchronized!

— Привет, Амиго! У нас есть панацея – лекарство от всех болезней. Как мы уже успели убедиться – неконтролируемое переключение нитей – это проблема.

— А почему бы нитям самим не решать, когда переключиться на следующую? Сделала все важные дела и «маякует», я – все!

— Разрешать нитям самим управлять своим переключением – еще большая проблема. Вдруг какой-то код не очень красиво написан, и нить никогда сама не отдаст свое «процессорное время». Давным-давно так и было – и это был тихий ужас.

— Ладно. И какое же решение есть?

— Блокировка нитей. И вот как это работает.

Было выяснено, что нити мешают друг другу, когда пытаются сообща работать с общими объектами и/или ресурсами. Как в примере с выводом на консоль: консоль одна, а выводят на нее все нити. Непорядок.

Поэтому был придуман специальный объект – мютекс. Это как табличка на двери туалета «свободно» «занято». Он имеет два состояния – объект свободен и объект занят, или их еще называют заблокирован и разблокирован.

Когда какой-то нити нужен общий для всех нитей объект, она проверяет мютекс, связанный с этим объектом. Если мютекс свободен, то нить блокирует его (помечает как занятый) и начинает использование общего ресурса. После того как она сделала свои дела, мютекс разблокируется (помечается как свободен).

Если же нить хочет использовать объект, а мютекс заблокирован, то нить засыпает в ожидании. Когда мютекс, наконец, освободится занятой нитью, наша нить тут же заблокирует его и приступит к работе. Аналогия с табличками для туалета один в один.

— А как работать с этим мютексом. Надо создавать специальные объекты?

— Все намного проще. Разработчики Java встроили этот мютекс в класс Object. Тебе даже создавать его не придется. Он есть у каждого объекта. Вот как это все работает:

class MyClass
{
private String name1 = "Оля";
private String name2 = "Лена";

public void swap()
{
synchronized (this)
{
String s = name1;
name1 = name2;
name2 = s;
}
}
}

String s1 = name1; //Оля
name1 = name2; //Лена
name2 = s1; //Оля

String s2 = name1; //Лена
name1 = name2; //Оля
name2 = s2; //Лена

String s1 = name1; name1 = name2;
name2 = s1;
//исполняется другая нить
//исполняется другая нить
//исполняется другая нить

//нить ждет, пока освободится мютекс
//нить ждет, пока освободится мютекс
//нить ждет, пока освободится мютекс
String s2 = name1; name1 = name2;
name2 = s2;

Обрати внимание на ключевое слово synchronized.

— Да, а что оно значит?

— Когда одна нить заходит внутрь блока кода, помеченного словом synchronized, то Java-машина тут же блокирует мютекс у объекта, который указан в круглых скобках после слова synchronized. Больше ни одна нить не сможет зайти в этот блок, пока наша нить его не покинет. Как только наша нить выйдет из блока, помеченного synchronized, то мютекс тут же автоматически разблокируется и будет свободен для захвата другой нитью.

Если же мютекс был занят, то наша нить будет стоять на месте и ждать когда он освободится.

— Так просто и так элегантно. Красивое решение.

— Ага. А как ты думаешь, что будет в этом случае?

class MyClass
{
private String name1 = "Оля";
private String name2 = "Лена";

public void swap()
{
synchronized (this)
{
String s = name1;
name1 = name2;
name2 = s;
}
}

public void swap2()
{
synchronized (this)
{
String s = name1;
name1 = name2;
name2 = s;
}
}
}

Что будет, если одна нить вызовет метод swap, а другая – метод swap2?

— Т.к. мютекс у них один, то второй нити придется ждать, пока первая нить выйдет из блока synchronized, поэтому проблем с одновременным доступом тут не будет.

— Молодец, Амиго! Верное решение!

Хотелось бы обратить твое внимание на то, что словом synchronized может быть помечен как кусок кода, так и метод. Вот что это значит:

class MyClass
{
private static String name1 = "Оля";
private static String name2 = "Лена";

public synchronized void swap()
{
String s = name1;
name1 = name2;
name2 = s;
}

public static synchronized void swap2()
{
String s = name1;
name1 = name2;
name2 = s;
}
}

class MyClass
{
private static String name1 = "Оля";
private static String name2 = "Лена";

public void swap()
{
synchronized (this)
{
String s = name1;
name1 = name2;
name2 = s;
}
}

public static void swap2()
{
synchronized (MyClass.class)
{
String s = name1;
name1 = name2;
name2 = s;
}
}
}