Tổng Quan Về Đa Luồng (Threads)
Ngày nay, chúng ta thường thấy các máy tính và thiết bị điện tử có thể thực hiện nhiều công việc cùng lúc. Ví dụ, bạn có thể gõ văn bản trong một ứng dụng trong khi tải xuống tệp, in ấn, và nghe nhạc. Ngay cả khi một ứng dụng chỉ là một chương trình đơn lẻ, nó cũng phải làm nhiều việc cùng một lúc. Ví dụ, một ứng dụng nghe nhạc cần phải vừa tải âm thanh từ mạng, vừa phát nhạc, vừa cập nhật giao diện người dùng. Phần mềm có thể làm những việc như vậy được gọi là phần mềm đồng bộ (concurrent).
Nền tảng Java được thiết kế từ đầu để hỗ trợ lập trình đồng bộ, với hỗ trợ đồng bộ cơ bản trong ngôn ngữ lập trình Java và các thư viện lớp Java. Kể từ phiên bản 5.0, nền tảng Java cũng bao gồm các API đồng bộ cấp cao. Bài học này giới thiệu hỗ trợ đồng bộ cơ bản của nền tảng và tóm tắt một số API cấp cao trong các gói java.util.concurrent.
Trong lập trình đồng bộ, có hai khái niệm chính định nghĩa cách các tác vụ được thực thi: quy trình (Processes) và luồng (Threads). Hiểu rõ những khái niệm này sẽ giúp bạn nắm bắt được cách phần mềm hiện đại có thể xử lý nhiều tác vụ cùng một lúc.
Quy trình (Processes)
Quy trình giống như một chương trình độc lập đang chạy trên máy tính của bạn. Mỗi quy trình có bộ nhớ và tài nguyên riêng của mình, tách biệt hoàn toàn với các quy trình khác. Sự tách biệt này đảm bảo rằng một quy trình không can thiệp vào quy trình khác, làm cho các quy trình khá an toàn. Tuy nhiên, do mỗi quy trình là một thực thể độc lập, việc giao tiếp giữa chúng có thể hơi phức tạp và thường yêu cầu các phương pháp đặc biệt như đường ống (pipes) hoặc ổ cắm (sockets).
Ví dụ, khi bạn mở một trình duyệt web, đó là một quy trình. Nếu bạn cũng mở thêm một trình soạn thảo văn bản, đó là một quy trình khác. Chúng chạy độc lập với nhau, và nếu một quy trình gặp sự cố, quy trình kia vẫn có thể hoạt động bình thường.
Luồng (Threads) là gì?
Luồng giống như những tác vụ nhỏ hơn bên trong một quy trình. Nếu một quy trình là một dự án lớn, thì các luồng là những người thực hiện các phần khác nhau của dự án. Các luồng chia sẻ cùng một bộ nhớ và tài nguyên của quy trình mà chúng thuộc về, làm cho việc giao tiếp giữa các luồng trở nên hiệu quả hơn nhưng cũng dễ gặp vấn đề hơn nếu không được quản lý cẩn thận.
Chẳng hạn, trong trình duyệt web của bạn (một quy trình duy nhất), bạn có thể mở nhiều tab, mỗi tab tải một trang web khác nhau. Mỗi tab có thể được quản lý bởi một luồng riêng biệt. Nếu một tab bị treo, lý tưởng nhất là các tab khác vẫn có thể hoạt động bình thường vì chúng là các luồng riêng biệt trong cùng một quy trình.
Tại sao threads quan trọng?
Luồng là một yếu tố quan trọng trong lập trình hiện đại vì chúng cho phép một ứng dụng đơn lẻ thực hiện nhiều việc cùng một lúc. Trong Java, mỗi chương trình bắt đầu với ít nhất một luồng (luồng chính), và từ đó, bạn có thể tạo thêm nhiều luồng khác để xử lý các tác vụ khác nhau đồng thời. Khả năng này giúp cho các ứng dụng trở nên nhanh nhẹn và hiệu quả hơn, ngay cả khi phải xử lý những hoạt động phức tạp.
Đối tượng Luồng (Threads) trong Java
Mỗi luồng trong Java được đại diện bởi một đối tượng của lớp Thread. Có hai cách cơ bản để sử dụng đối tượng Thread để tạo ra các ứng dụng đồng bộ (concurrent application):
1. Quản lý trực tiếp việc tạo và điều khiển luồng
↳ Trong chiến lược này, bạn trực tiếp khởi tạo và quản lý các đối tượng Thread mỗi khi ứng dụng cần thực hiện một tác vụ không đồng bộ.
↳ Cách này cho phép bạn kiểm soát trực tiếp vòng đời của luồng, bao gồm việc bắt đầu, tạm dừng, hoặc dừng luồng.
2. Sử dụng Executors để quản lý luồng
↳ Thay vì trực tiếp điều khiển các đối tượng Thread, bạn có thể chuyển các tác vụ của ứng dụng cho một executor, một thành phần sẽ quản lý việc khởi tạo và điều khiển luồng.
↳ Executors giúp tách biệt quản lý luồng khỏi phần còn lại của ứng dụng, làm cho mã của bạn dễ quản lý và bảo trì hơn.
↳ Phần này tập trung vào việc sử dụng các đối tượng Thread. Việc sử dụng Executor và các đối tượng đồng thời cấp cao khác sẽ được thảo luận ở các phần sau.