Коротко, по пунктам.
Проблема видимости/корректности
- По спецификации Java Memory Model запись в поле одним потоком не обязательно сразу видна другому: кэш/реконфигурация/реордеринг могут привести к тому, что B никогда не увидит `done=true` или JIT «зафиксирует» чтение вне цикла (оптимизация) — возможна бесконечная петля.
- Без установления happens‑before нет гарантии публикации состояния; возможны и data‑race, и некорректные преобразования (например, двойная проверка требует `volatile`).
- Busy‑wait на обычном boolean также расходует CPU и даёт слабую гарантию корректности.
Какие примитивы и почему
- `volatile boolean done;`
- Гарантирует видимость и запрещает переупорядочивание для этого поля. Подойдёт для простого однонаправленного сигнала.
- Пример:
class Flag { volatile boolean done = false; }
// A: flag.done = true;
// B: while (!flag.done) { /* spin */ }
- `AtomicBoolean`
- Даёт volatile‑семантику + атомарные операции (compareAndSet, getAndSet). Использовать, если нужны атомарные операции.
- Пример: `AtomicBoolean done = new AtomicBoolean(false); done.set(true); if (done.get()) ...`
- `synchronized` (monitor) / `Lock` (ReentrantLock)
- Вход/выход из монитора создают happens‑before: unlock → lock обеспечивает видимость. Использовать, если нужен защищённый доступ к нескольким полям или критическая секция.
- Пример:
synchronized(lock) { flag.done = true; }
synchronized(lock) { while(!flag.done) lock.wait(); }
- `wait/notify` или `Condition` (Lock.newCondition)
- Для блокирующего ожидания с пробуждением (не busy‑spin). Обязательно вызывать внутри синхронизации/локи. Учитывать spurious wakeups — оборачивать в while.
- Пример:
synchronized(lock) {
while (!done) lock.wait();
}
// A:
synchronized(lock) { done = true; lock.notifyAll(); }
- Высокоуровневые утилиты (предпочтительнее)
- `CountDownLatch` — одноразовый сигнал (A вызывает countDown, B ждет await).
- `CyclicBarrier` / `Phaser` — для барьеров/синхронизации множества потоков.
- `Exchanger`, `BlockingQueue` для передачи данных.
- Пример: `CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1); // A: latch.countDown(); // B: latch.await();`
Рекомендации/паттерны
- Для простого сигнала между потоками: `volatile` или `AtomicBoolean` (если не нужно блокировать). Если не хотите CPU spin — использовать `CountDownLatch`/`wait`/`Condition`.
- Никогда не используйте `wait/notify` без цикла проверки условия (while, из‑за spurious wakeups).
- Для многопоточной координации используйте `CountDownLatch` (одноразово) или `CyclicBarrier`/`Phaser` (многоразово).
- Для публикации сложного объекта используйте синхронизацию или `volatile` ссылку (правильная публикация), чтобы избежать частично сконструированных состояний.
- Избегайте busy‑spin без явной причины; при необходимости используйте `LockSupport.parkNanos`/`Thread.yield`/`sleep` или спин + блокирование гибридно.
Перевод в распределённую систему
- Нет общей памяти — visibility превращается в доставку сообщений и согласованность.
- Простая модель «флаг» → нужно выбрать требуемую семантику:
- Если достаточно «eventual»: использовать асинхронную репликацию / gossip.
- Если нужна сильная гарантия (линейная/атомарная установка и видимость): использовать согласующий протокол (Paxos/Raft) или сервисы с консенсусом (etcd, ZooKeeper, Consul) и операции CAS.
- Аналоги примитивов:
- `volatile`/atomic single‑node → в распределённой среде — кеширование + TTL/lease, но видимость не мгновенна.
- `AtomicBoolean` → CAS на распределённом ключ‑value (etcd compare_and_swap).
- `CountDownLatch`/barrier → распределённые барьеры/locks на ZooKeeper (recipes: barriers, locks) или координация через quorum.
- `wait/notify` → ожидание события через подписку/вотчинг (watchers), push‑уведомления, либо polling.
- Практические опции: использовать очереди сообщений (Kafka, RabbitMQ) для доставки событий; использовать согласованный KV (etcd) для флагов с CAS; ZooKeeper recipes для распределённых блокировок/барьеров.
- Учесть сетевые ошибки, частичные отказы, лидерство, повторные доставления, порядок сообщений и idempotence операций.
Краткое резюме
- Для одного JVM: используйте `volatile`/`AtomicBoolean` для простого флага; для блокирующего ожидания — `CountDownLatch`/`wait`/`Condition`; для сложной координации — Lock/Condition или высокоуровневые утилиты.
- Для распределённой системы: обмен сообщениями + консенсус/распределённые блокировки/барьеры (etcd/ZooKeeper/Paxos/Raft) в зависимости от требуемой согласованности.