Java多线程编程经验

现在的操作系统是多任务操作系统。多线程是实现多任务的一种方式。 线程是指进程中的一个执行流程，一个进程中可以运行多个线程。比如java.exe进程中可以运行很多线程。线程总是属于某个进程，进程中的多个线程共享进程的内存。 “同时”执行是人的感觉，在线程之间实际上轮换执行。 本文档提供Java多线程编程经验，方便广大Java爱好者研究学习Java多线程 ### Java多线程编程经验 #### 一、Java线程：概念与原理 现代操作系统都是多任务操作系统，其中多线程是一种重要的实现多任务的方式。线程是进程内的一个执行单位，一个进程可以包含多个线程。例如，在Java应用程序中（如`java.exe`），可以同时运行多个线程。线程总归属于某个进程，并且同一进程内的线程共享进程的内存空间。尽管看起来线程是在“同时”执行，但实际上它们是在进行快速切换，由操作系统负责调度。 #### 二、Java中的线程 在Java中，“线程”主要指的是： 1. **`java.lang.Thread` 类的一个实例**：这表示一个对象，它有自己的状态和方法，与其他Java对象一样存在于堆上。 2. **线程的执行**：即线程的实际运行过程。 在Java中创建和启动新线程可以通过以下两种方式： 1. **扩展 `java.lang.Thread` 类**：通过重写 `run()` 方法定义线程的行为。 2. **实现 `java.lang.Runnable` 接口**：通过实现 `run()` 方法定义线程的行为，并使用 `Thread` 类的构造函数创建线程。 #### 三、Java线程：创建与启动 ##### 定义线程 1. **扩展 `java.lang.Thread` 类**：重写 `run()` 方法。 ```java public class MyThread extends Thread { public void run() { // 在这里定义线程的执行逻辑 } } ``` 2. **实现 `java.lang.Runnable` 接口**： ```java public class MyRunnable implements Runnable { public void run() { // 在这里定义线程的执行逻辑 } } ``` ##### 实例化线程 1. **扩展 `java.lang.Thread` 类**：直接使用 `new` 关键字创建。 ```java MyThread myThread = new MyThread(); ``` 2. **实现 `java.lang.Runnable` 接口**：使用 `Thread` 的构造函数。 ```java MyRunnable myRunnable = new MyRunnable(); Thread thread = new Thread(myRunnable); ``` ##### 启动线程 启动线程时，需要调用 `Thread` 对象的 `start()` 方法，而不是直接调用 `run()` 方法。这是因为 `start()` 方法会启动一个新的执行线程，并且该线程将从新状态转变为可运行状态。当线程获得执行的机会时，其 `run()` 方法将被执行。 ```java thread.start(); // 启动线程 ``` #### 四、Java线程：线程栈模型与线程的变量 每个线程都拥有自己的调用栈，这意味着每个线程都有独立的执行路径。线程之间可以共享进程级别的资源，例如内存，但不能直接访问对方的局部变量或调用栈上的数据。 #### 五、Java线程：线程状态的转换 线程的状态主要有：新状态（New）、可运行状态（Runnable）、阻塞状态（Blocked）、等待状态（Waiting）、定时等待状态（Timed Waiting）以及终止状态（Terminated）。这些状态之间的转换是由操作系统和Java虚拟机管理的。 #### 六、Java线程：线程的同步与锁 为了确保线程安全，Java提供了多种机制来实现线程间的同步，包括但不限于： 1. **同步方法**：通过将方法声明为 `synchronized` 来实现。 2. **同步块**：使用 `synchronized` 关键字与指定对象来实现。 3. **显式锁**：使用 `java.util.concurrent.locks` 包中的 `Lock` 接口来实现更高级的锁控制。 #### 七、Java线程：线程的交互 线程间通信通常涉及线程之间的等待和通知机制。Java提供了 `wait()`、`notify()` 和 `notifyAll()` 等方法来支持这种交互。 #### 八、Java线程：线程的调度 线程调度涉及到如何安排线程的执行顺序，包括但不限于： 1. **休眠**：使当前正在执行的线程暂停一段时间。 2. **优先级**：为线程设置优先级，优先级较高的线程更容易获得执行机会。 3. **让步**：主动放弃当前线程的执行权。 4. **守护线程**：一种特殊的线程类型，用于在后台执行任务，如垃圾回收等。 #### 九、Java线程：线程的同步-同步方法与同步块 同步方法和同步块是实现线程安全的基本手段。同步方法简单易用，而同步块则更加灵活，可以根据需要选择锁定特定的对象。 #### 十、Java线程：并发协作-生产者消费者模型 生产者消费者模型是一种经典的线程协作模式，用于解决多线程间的通信问题。在这种模型中，生产者线程负责生成数据，消费者线程负责处理这些数据。 #### 十一、Java线程：并发协作-死锁 死锁是多线程程序中常见的问题之一，当两个或更多线程相互等待对方持有的资源时会发生死锁。预防死锁的关键在于避免循环等待条件。 #### 十二、Java线程：新特征-线程池 线程池是一种管理线程的技术，可以有效地复用一组预创建的线程。使用线程池可以提高程序性能，并降低创建和销毁线程的开销。 #### 十三、Java线程：新特征-有返回值的线程 Java 5 引入了 `java.util.concurrent` 包，提供了 `Callable` 和 `Future` 接口，允许线程执行后返回结果。 #### 十四、Java线程：新特征-锁（上） Java 5 还引入了 `java.util.concurrent.locks` 包，提供了比内置锁更强大的功能，如条件变量、公平锁等。 #### 十五、Java线程：新特征-锁（下） 进一步探讨 `java.util.concurrent.locks` 包中的高级特性，如读写锁、可重入锁等。 #### 十六、Java线程：新特征-信号量 信号量是一种用于控制多个线程访问共享资源的机制，可以有效地限制并发访问的数量。 #### 十七、Java线程：新特征-阻塞队列 阻塞队列是一种特殊的队列，当队列为空时，从队列获取元素的操作会被阻塞；当队列满时，向队列插入元素的操作会被阻塞。阻塞队列常用于线程池中。 #### 十八、Java线程：新特征-阻塞栈 阻塞栈是一种特殊的数据结构，与阻塞队列类似，当栈为空时，出栈操作会被阻塞；当栈满时，入栈操作会被阻塞。 #### 十九、Java线程：新特征-条件变量 条件变量是 `java.util.concurrent.locks` 包中的一个重要概念，它允许线程等待特定条件的发生，从而更好地协调线程间的协作。 #### 二十、Java线程：新特征-原子量 原子量是 `java.util.concurrent.atomic` 包中的类，提供了一种无需同步即可更新变量的方法，提高了程序效率。 #### 二十一、Java线程：新特征-障碍器 障碍器（`CyclicBarrier`）是一种协调多个线程的工具，使得所有参与的线程都必须等待到达某个屏障点后才能继续执行。 #### 二十二、Java线程：大总结 Java多线程编程是Java开发中的重要部分，涉及到线程的创建、启动、同步、通信等多个方面。掌握这些基本概念和技术对于开发高效稳定的多线程应用程序至关重要。