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Java 多线程编程：原理与实践

news 2025/7/10 13:24:47

在现代软件开发中，多线程技术是提升程序性能的关键手段。Java 作为一门成熟的编程语言，提供了完善的多线程支持，让开发者能够轻松实现并发任务处理。本文将深入解析 Java 多线程的核心原理、实现方式及最佳实践。

一、多线程基础概念

1. 线程与进程的区别

进程：操作系统资源分配的基本单位，拥有独立的内存空间
线程：进程内的执行单元，共享进程资源，切换成本更低
一个进程可以包含多个线程，线程是 CPU 调度的基本单位

2. 线程生命周期

Java 线程存在 6 种状态，其转换关系如图：

新建状态（New）→ 就绪状态（Runnable）→ 运行状态（Running）↓            ↑                ↓└─> 阻塞状态（Blocked）←──────┘↓└─> 等待状态（Waiting）↓└─> 超时等待（Timed Waiting）↓└─> 终止状态（Terminated）

二、线程创建方式

1. 继承 Thread 类

public class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {// 线程执行逻辑}public static void main(String[] args) {MyThread thread = new MyThread();thread.start(); // 启动线程}
}

2. 实现 Runnable 接口

public class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {// 线程执行逻辑}public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(new MyRunnable());thread.start();}
}

3. 实现 Callable 接口（带返回值）

public class MyCallable implements Callable<Integer> {@Overridepublic Integer call() throws Exception {return 100; // 返回执行结果}public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {FutureTask<Integer> task = new FutureTask<>(new MyCallable());new Thread(task).start();System.out.println(task.get()); // 获取返回值}
}

三、线程同步机制

多线程共享资源时可能出现线程安全问题，Java 提供了多种同步机制：

1. synchronized 关键字

同步方法：public synchronized void method() {}
同步代码块：synchronized(lock) {}

2. Lock 接口

Lock lock = new ReentrantLock();
try {lock.lock();// 临界区代码
} finally {lock.unlock();
}

四、线程通信方式

1. 等待 / 通知机制

// 等待方
synchronized(lock) {while(条件不满足) {lock.wait();}
}// 通知方
synchronized(lock) {// 改变条件lock.notify(); // 唤醒一个线程// 或 lock.notifyAll(); 唤醒所有线程
}

2. 线程池

使用 Executor 框架管理线程生命周期：

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 10; i++) {pool.submit(() -> {// 任务逻辑});
}
pool.shutdown();

五、多线程设计模式

1. 生产者 - 消费者模式

通过阻塞队列实现生产者和消费者的解耦：

BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);// 生产者
new Thread(() -> {while(true) {queue.put(生产数据);}
}).start();// 消费者
new Thread(() -> {while(true) {queue.take();}
}).start();