Kotlin线程同步

发布于:2025-07-27 ⋅ 阅读:(20) ⋅ 点赞:(0)

多线程并发访问共享数据可能导致意外或错误行为。Kotlin 允许我们控制多个线程对任何类型共享资源的访问。解决方案就是线程同步(Thread Synchronization)


重要术语与概念

在我们开始使用同步前,先了解一些必要的术语和概念:

1)线程同步是一种机制,用于确保两个或多个并发线程不会同时执行一段称为临界区(Critical Section) 的代码。

2)临界区是访问共享资源的代码区域,这段代码不能被多个线程同时执行。共享资源可能是变量、文件、输入/输出端口、数据库等。


我们来看一个例子:有一个名为 Counter 的类,它有一个字段 count

class Counter {
    var count = 0

    fun inc() {
        count++
    }
}

代码说明:
这个类有一个名为 count 的变量和一个 inc() 方法,该方法用于将 count 增加 1。


现在我们用两个线程对该字段同时进行递增操作,每个线程递增 10,000,000 次:

import kotlin.concurrent.thread

fun main() {
    val counterInstance = Counter()
    val thread1 = thread {
        for (i in 1..10_000_000) {
            counterInstance.inc()
        }
    }
    val thread2 = thread {
        for (i in 1..10_000_000) {
            counterInstance.inc()
        }
    }
    thread1.join()
    thread2.join()
    println("The result of the threads' work: ${counterInstance.count}")
}

代码说明:
我们创建了一个 Counter 实例并启动两个线程,每个线程对 count 执行 1 千万次递增。程序执行完毕后,输出 count 的值。


理论上最终值应该是:20,000,000,但实际运行结果却可能是错误的,比如:

The result of the threads' work: 18696438

这是因为:

  • 某些线程看不到其他线程对共享数据的更改可见性问题);

  • 某些线程可能看到的是非原子操作的中间值原子性问题)。

这正是我们在多线程共享数据时所遇到的典型问题,因此多个线程递增一个值就是一个临界区问题

当然,这只是个简单示例,实际的临界区可能要复杂得多。


同步代码

我们可以用经典方法来保护这段代码,使其不被多个线程同时访问,即使用同步方法

Kotlin 中有两种方式实现同步:


1. 使用注解 @Synchronized 同步函数:

@Synchronized
fun myFunction() {
    // 执行某些操作
}

说明:
注解是一种为代码附加元数据的方式。在这里,@Synchronized 表示此方法在同一时刻只能被一个线程调用。


2. 使用 synchronized() 函数创建同步块:

fun myOtherFunction() {
    synchronized(this) {
        // 同步代码块
    }
}

说明:
同步方法或同步块需要一个对象来加锁。同一时刻只有一个线程能执行同步块或同步方法中的代码,其他线程将会被阻塞,直到锁释放。


示例:同步函数

函数可以通过注解 @Synchronized 来同步。

同一时刻,一个对象的同步方法只能被一个线程执行;而多个对象的同步方法则可以同时被不同线程执行。

class SomeClass(val className: String) {
    @Synchronized
    fun doSomething() {
        val threadName = Thread.currentThread().name
        println("$threadName entered the method of $className")
        println("$threadName leaves the method of $className")
    }
}

说明:
doSomething() 是一个同步方法,打印出进入和离开该方法的线程信息。


我们再创建一个线程类,调用 doSomething() 方法:

class MyThread(val classInstance: SomeClass) : Thread() {
    override fun run() {
        classInstance.doSomething()
    }
}

然后启动多个线程:

val instance1 = SomeClass("instance-1")
val instance2 = SomeClass("instance-2")

val first = MyThread(instance1)
val second = MyThread(instance1)
val third = MyThread(instance2)

first.start()
second.start()
third.start()

输出可能是:

Thread-0 entered the method of instance-1  
Thread-2 entered the method of instance-2  
Thread-0 leaves the method of instance-1  
Thread-1 entered the method of instance-1  
Thread-2 leaves the method of instance-2  
Thread-1 leaves the method of instance-1  

说明:
没有任何线程在同一时刻执行 instance-1 的方法,说明 @Synchronized 成功起到了同步作用。你可以多次运行它来观察行为。


示例:同步块

有时,我们只希望同步方法的一部分,可以使用 synchronized()

class SomeClass {
    var value = 0
    fun changeValue(newValue: Int) {

        // 非同步代码
        print("I'd like to change the value for $newValue")
        synchronized(this) {
            // 同步代码
            value = newValue
        }
        print("The value has been changed successfully!")
    }
}

说明:
changeValue() 方法中只有 value = newValue 被加锁。
同步块基于 this 实例加锁,不同实例之间互不影响。

同步块虽然和同步方法相似,但提供了更灵活的控制,你可以只同步必要的代码部分


总结

多线程中最重要的机制之一——线程同步
该机制能确保代码在多个线程同时访问共享数据时,能正确安全地运行。
两种同步代码的方式:

  1. 使用 @Synchronized 注解同步整个函数;

  2. 使用 synchronized() 函数同步代码块。


网站公告

今日签到

点亮在社区的每一天
去签到