1. Giới thiệu
Trong kỷ nguyên số hiện đại, người dùng mong muốn các ứng dụng phản hồi gần như ngay lập tức. Điều này tạo ra áp lực lớn đối với các hệ thống backend, nơi khả năng xử lý đồng thời và tối ưu hiệu suất trở thành những yêu cầu thiết yếu. Hai khái niệm quan trọng giúp hiện thực hóa điều này chính là Multithreading (đa luồng) và Concurrency (tính đồng thời).
Java là một trong những ngôn ngữ lập trình được thiết kế tốt để hỗ trợ xử lý song song nhờ vào nền tảng JVM mạnh mẽ và các API tiện ích như java.util.concurrent.
2. Multithreading là gì?
Multithreading là kỹ thuật cho phép một ứng dụng thực hiện nhiều tác vụ đồng thời thông qua các “luồng” riêng biệt. Mỗi thread hoạt động độc lập, giúp tận dụng tài nguyên CPU tốt hơn và cải thiện hiệu suất tổng thể.
Ví dụ khởi tạo một luồng bằng Runnable:
Runnable task = () -> System.out.println("Đang chạy trong luồng: " + Thread.currentThread().getName());
new Thread(task).start();3. Phân biệt Concurrency và Parallelism
- Concurrency (Tính đồng thời): Các tác vụ được chia nhỏ và thực hiện xen kẽ, thích hợp trong môi trường có tài nguyên giới hạn. Trong Java, điều này thường được xử lý thông qua kỹ thuật chia sẻ thời gian (time slicing).
- Parallelism (Xử lý song song): Nhiều tác vụ thực sự được xử lý cùng lúc trên các nhân CPU khác nhau. Điều này yêu cầu phần cứng hỗ trợ đa nhân và một cơ chế phân phối công việc hợp lý.
- Java hỗ trợ cả concurrency và parallelism, giúp lập trình viên tận dụng tối đa năng lực hệ thống.
4. Các phương pháp tạo và quản lý luồng trong Java
- Thread và Runnable (Cách tiếp cận cơ bản):
Runnable task = () -> System.out.println("Thực thi từ luồng riêng");
new Thread(task).start();- Sử dụng ExecutorService (Quản lý thread pool):
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
executor.submit(() -> System.out.println("Tác vụ từ thread pool"));
executor.shutdown();- Dùng Callable và Future để nhận kết quả trả về:
Callable task = () -> 42;
Future future = executor.submit(task);
Integer result = future.get(); // Đợi kết quả (blocking)5. Kiểm soát truy cập tài nguyên chia sẻ
Khi nhiều luồng thao tác trên cùng một tài nguyên, có thể xảy ra race condition – tình huống dữ liệu bị thay đổi không kiểm soát, gây lỗi khó lường.
Giải pháp đồng bộ hóa:
- Dùng từ khóa synchronized để giới hạn quyền truy cập.
- Sử dụng ReentrantLock để có thêm khả năng kiểm soát nâng cao.
- Áp dụng biến nguyên tử như AtomicInteger, AtomicReference cho phép cập nhật dữ liệu an toàn.
- Lựa chọn các cấu trúc dữ liệu thread-safe như ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList.
6. Những rủi ro thường gặp
- Deadlock: Xảy ra khi hai hoặc nhiều luồng chờ nhau giải phóng tài nguyên, gây ra tình trạng treo vĩnh viễn.
- Race condition: Dữ liệu bị thay đổi đồng thời mà không được đồng bộ hóa đúng cách, dẫn đến lỗi logic.
- Thread leak: Không đóng ExecutorService sau khi sử dụng có thể khiến hệ thống cạn kiệt tài nguyên.
7. Kết luận
Khai thác đa luồng và tính đồng thời trong Java mở ra khả năng xây dựng các ứng dụng có khả năng mở rộng, phản hồi nhanh và tận dụng tối đa tài nguyên phần cứng. Tuy nhiên, lập trình song song luôn đi kèm những rủi ro về đồng bộ và quản lý luồng. Do đó, hiểu rõ cách hoạt động của các công cụ và kỹ thuật đồng bộ là chìa khóa để phát triển phần mềm hiệu quả và ổn định.
Tài liệu tham khảo:
