Java多线程编程：从入门到精通

什么是线程？为什么要用多线程？

首先，让我们来了解一下线程的概念。在Java中，线程是一个程序的执行流。想象一下，你正在做一份大作业，同时听音乐放松，这就是一个多任务处理的过程。线程就是这个过程中的“任务”，每个线程都有自己独立的执行路径。

那么，为什么要使用多线程呢？答案很简单：效率！多线程允许程序同时执行多个任务，比如一个线程负责处理数据，另一个线程负责与用户交互。这样不仅可以提高程序的响应速度，还能更好地利用CPU资源。

创建线程的两种方式

在Java中，创建线程有两种主要的方式：继承Thread类和实现Runnable接口。

继承Thread类

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("这是通过继承Thread类创建的线程");
    }
}

这种方式虽然简单，但有一个缺点：Java只支持单继承，这意味着如果你已经继承了某个类，就无法再继承Thread类了。

实现Runnable接口

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("这是通过实现Runnable接口创建的线程");
    }
}

这种方式更加灵活，因为它允许你继承其他类的同时实现Runnable接口。这种方式也是Java官方推荐的方式。

线程的状态转换

线程从创建到结束会经历几个不同的状态：新建、就绪、运行、阻塞和死亡。

• 新建：线程被创建但还未启动。
• 就绪：线程准备就绪，等待CPU调度。
• 运行：线程正在执行。
• 阻塞：线程暂时停止运行，可能是因为等待I/O操作完成或被同步锁阻塞。
• 死亡：线程执行完毕或者因异常退出。

同步与锁

在多线程环境中，同步和锁是非常重要的概念。它们用来保证多个线程对共享资源的访问是安全的。

使用synchronized关键字

public synchronized void add(int num) {
    total += num;
}

synchronized关键字可以确保同一时间只有一个线程可以执行该方法或代码块。这样可以防止多个线程同时修改同一个变量导致的数据不一致问题。

常见的线程间通信

线程间的通信可以通过wait()、notify()和notifyAll()方法来实现。

synchronized (lock) {
    while (condition) {
        try {
            lock.wait();
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

这些方法通常用于生产者-消费者模式中，确保线程能够安全地交换数据。

线程池的使用

直接创建和销毁线程的开销很大，因此我们通常使用线程池来管理线程。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
executor.execute(new MyRunnable());
executor.shutdown();

线程池可以帮助我们更有效地管理线程，减少资源浪费。

并发集合

在高并发场景下，普通的集合可能会出现问题，Java提供了专门的并发集合类来应对这种情况。

ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("key", "value");

这些集合类在设计时考虑到了并发访问的情况，可以大大简化多线程编程。

结语

通过这篇文章，我们从最基本的线程概念入手，一步步深入到了多线程编程的核心技术。多线程编程虽然强大，但也充满了挑战，希望本文能为你打开一扇通往多线程世界的门。记住，编程就像烹饪，掌握好火候才能做出美味佳肴。