Какие примитивы синхронизации существуют в Java?

В Java существует несколько примитивов синхронизации для управления многопоточностью, каждый решает конкретную задачу.

Основные блокировки и координация:

1. synchronized — ключевое слово для создания мониторных блокировок методов или блоков кода.

   synchronized (lockObject) {
       // Критическая секция
   }

   Почему: Гарантирует атомарность и видимость изменений в рамках одного монитора.

2. volatile — модификатор переменной, обеспечивающий видимость её изменений для всех потоков.

   private volatile boolean running;

   Почему: Запрещает кэширование переменной в регистрах потока, чтение всегда происходит из основной памяти.

3. wait(), notify(), notifyAll() — методы класса Object для условной блокировки и пробуждения потоков.

   synchronized (obj) {
       while (!condition) {
           obj.wait(); // Освобождает монитор 'obj' и ждёт
       }
       // Действие
       obj.notifyAll(); // Пробуждает все ожидающие потоки
   }

   Почему: Позволяют потокам эффективно ждать выполнения определённого условия, освобождая блокировку.

Гибкие примитивы из java.util.concurrent:

4. ReentrantLock — явная, повторно входимая блокировка с расширенными возможностями (честность, опрос, прерывание).

   Lock lock = new ReentrantLock();
   lock.lock();
   try {
       // Критическая секция
   } finally {
       lock.unlock(); // Важно освобождать в finally-блоке
   }

   Почему: Предоставляет больше контроля, чем synchronized (например, tryLock(), lockInterruptibly()).

5. Semaphore — ограничивает количество потоков, одновременно получающих доступ к ресурсу.

   Semaphore sem = new Semaphore(5); // Максимум 5 потоков
   sem.acquire(); // Уменьшает счётчик (ждёт, если он 0)
   try {
       // Работа с ограниченным ресурсом
   } finally {
       sem.release(); // Увеличивает счётчик
   }

   Почему: Полезен для управления доступом к пулу ресурсов (например, подключениям к БД).

6. CountDownLatch — одноразовый барьер, который заставляет потоки ждать завершения набора операций.

   CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
   // В рабочих потоках:
   doWork();
   latch.countDown(); // Уменьшает счётчик
   // В главном потоке:
   latch.await(); // Блокируется, пока счётчик не станет 0

   Почему: Идеален для ожидания инициализации или старта нескольких сервисов.

7. CyclicBarrier — многоразовый барьер, где потоки ждут друг друга в определённой точке.

   CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
   // В каждом из 3 потоков:
   doWorkPart();
   barrier.await(); // Все ждут здесь, пока не соберутся все 3
   continueWork();

   Почему: Полезен для параллельных алгоритмов, где этапы работы должны быть синхронизированы.

8. Phaser — более гибкий и многоразовый барьер с динамической регистрацией участников. Почему: Позволяет потокам присоединяться и покидать барьер между фазами, что удобно для сложных сценариев.

Выбор примитива зависит от задачи:

• synchronized/ReentrantLock — для эксклюзивного доступа к данным.
• Semaphore — для ограничения параллелизма.
• CountDownLatch — для однократного ожидания событий.
• CyclicBarrier/Phaser — для синхронизации работы потоков по фазам.