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从线程基础到线程池

news 2025/11/7 9:07:15

核心概念与基础

线程的定义与生命周期

线程定义：

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，是进程中的实际运作单位。一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

生命周期：

public class ThreadStateDemo {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(1000);synchronized (ThreadStateDemo.class) {ThreadStateDemo.class.wait(500);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});// NEW状态System.out.println("创建后: " + thread.getState()); // NEWthread.start();// RUNNABLE状态System.out.println("启动后: " + thread.getState()); // RUNNABLEThread.sleep(100);// TIMED_WAITING状态（sleeping）System.out.println("sleep中: " + thread.getState()); // TIMED_WAITINGThread.sleep(1000);synchronized (ThreadStateDemo.class) {// WAITING状态（waiting）System.out.println("wait中: " + thread.getState()); // WAITINGThreadStateDemo.class.notify();}thread.join();// TERMINATED状态System.out.println("结束后: " + thread.getState()); // TERMINATED}
}

多线程的优势与挑战（竞态条件、死锁等）

优势

提高CPU利用率
提升程序响应速度
更好的资源利用
简化复杂任务处理

挑战

竞态：

public class RaceConditionDemo {private int count = 0;public void increment() {count++; // 非原子操作}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {RaceConditionDemo demo = new RaceConditionDemo();Thread t1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {demo.increment();}});Thread t2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {demo.increment();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();// 结果可能小于2000System.out.println("最终结果: " + demo.count);}
}

死锁：

public class DeadlockDemo {private static final Object lock1 = new Object();private static final Object lock2 = new Object();public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {synchronized (lock1) {System.out.println("Thread1持有lock1");try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}synchronized (lock2) {System.out.println("Thread1持有lock2");}}});Thread t2 = new Thread(() -> {synchronized (lock2) {System.out.println("Thread2持有lock2");try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}synchronized (lock1) {System.out.println("Thread2持有lock1");}}});t1.start();t2.start();}
}

Java 线程的实现方式：`Thread` 类与 `Runnable` 接口

JVM 内存模型与线程安全

主内存与工作内存的关系

主内存：就是我们所知的电脑内存条（RAM）。它是所有程序共享的、容量较大但速度相对较慢的存储区域。
工作内存：这里指的是CPU高速缓存。为了弥补CPU超高的运算速度与主内存相对较慢的读写速度之间的巨大差距，现代CPU都设计了多级缓存（L1, L2, L3）。每个CPU核心都有自己的缓存。

把主内存想象成公司中央文件柜（所有人共享，但距离远，速度慢）。
把工作内存（CPU缓存）想象成每个员工自己办公桌上的文件夹（私人专用，距离近，速度快）。
员工（CPU）工作时，会先把中央文件柜的文件复印一份到自己的文件夹里。修改文件也是在复印件上改。公司有一套流程（MESI协议）来确保当某个员工修改了文件后，其他员工的复印件会作废或更新，从而保证大家最终看到的都是最新版本。

同步机制：`synchronized` 与 `Lock` 的实现差异

线程池

线程池的组成部分

//把线程池看作一个公司团队
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,     // 核心线程数 -> 正式员工数量maximumPoolSize,  // 最大线程数 -> 最大员工数量（含正式+临时）keepAliveTime,    // 临时工空闲存活时间unit,             // 时间单位workQueue,        // 任务队列 -> 待办任务列表threadFactory,    // 线程工厂 -> HR招聘方式handler           // 拒绝策略 -> 项目爆满时的应对策略
);