Java 多线程编程简介
Java 多线程编程是指在 Java 程序中同时执行多个线程，以实现并发执行任务。多线程可以有效地提高应用程序的性能，尤其是在处理大规模数据或需要并发执行多个任务的场景中。Java 提供了强大的多线程支持，使得开发者能够高效地实现并发和并行处理。
什么是线程？
线程是程序执行的最小单位，是操作系统进行调度和管理的基本单元。一个程序可以包含多个线程，多个线程可以共享同一个内存空间，协作完成任务。在 Java 中，线程通过 Thread 类或实现 Runnable 接口来创建。
为什么使用多线程？
- 提高性能： 在多核处理器上，多线程可以充分利用计算机的多个 CPU 核心并行处理任务。
- 提高响应性： 在需要等待 I/O 操作（如文件读取、数据库查询等）的场景下，其他线程仍然可以继续执行其他任务，从而提高应用程序的响应性。
- 资源共享： 多线程可以共享内存和其他资源，从而减少资源的消耗，提升程序的效率。
Java 中的多线程实现方式
Java 提供了两种主要的方式来实现多线程：
-
继承
Thread类：- 继承
Thread类并重写run()方法，定义线程要执行的任务。 - 通过调用
start()方法启动线程。
示例代码：
class MyThread extends Thread { @Override public void run() { System.out.println("线程正在运行"); } } public class Main { public static void main(String[] args) { MyThread thread = new MyThread(); thread.start(); // 启动线程 } } - 继承
-
实现
Runnable接口：- 实现
Runnable接口并重写run()方法。 - 创建
Thread对象并将Runnable对象传递给它，使用start()方法启动线程。 - 这种方法更加灵活，可以避免继承
Thread类的限制。
示例代码：
class MyRunnable implements Runnable { @Override public void run() { System.out.println("线程正在运行"); } } public class Main { public static void main(String[] args) { MyRunnable runnable = new MyRunnable(); Thread thread = new Thread(runnable); thread.start(); // 启动线程 } } - 实现
Java 中的线程控制方法
Java 提供了多种方法来控制线程的执行和同步：
-
线程状态： 每个线程都有一个状态，常见的状态包括：
NEW：线程已创建，但尚未启动。RUNNABLE：线程已启动，正在执行。BLOCKED：线程因等待锁而被阻塞。WAITING：线程正在等待另一个线程的通知。TIMED_WAITING：线程正在等待一定的时间。TERMINATED：线程执行完毕。
-
线程同步： 多线程程序中常常会遇到资源共享的问题，多个线程可能会同时访问共享资源，导致数据不一致。为了解决这个问题，Java 提供了同步机制。
- 同步方法： 使用
synchronized关键字修饰方法，可以确保同一时间只有一个线程能执行该方法。 - 同步块： 使用
synchronized关键字修饰代码块，指定锁的对象，从而提高效率。
示例代码：
public class Counter { private int count = 0; // 使用同步方法 public synchronized void increment() { count++; } public synchronized int getCount() { return count; } } - 同步方法： 使用
-
线程间通信： 线程间通信是指一个线程在某个条件下通知另一个线程执行。常见的通信方法有：
wait()：让线程进入等待状态，直到被唤醒。notify()：唤醒一个正在等待的线程。notifyAll()：唤醒所有正在等待的线程。
示例代码：
class MyThread extends Thread { private final Object lock; public MyThread(Object lock) { this.lock = lock; } @Override public void run() { synchronized (lock) { try { System.out.println("线程开始等待"); lock.wait(); // 等待通知 System.out.println("线程被唤醒"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } public class Main { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Object lock = new Object(); MyThread thread = new MyThread(lock); thread.start(); Thread.sleep(1000); // 等待一段时间 synchronized (lock) { lock.notify(); // 唤醒线程 System.out.println("线程已通知"); } } }
Java 并发工具类
Java 提供了一些并发工具类来简化多线程编程，例如：
-
Executor 框架：
ExecutorService是一个接口，提供了一种标准的线程池机制，允许开发者提交任务并控制线程的执行。- 线程池避免了频繁创建和销毁线程的开销，适用于高并发的场景。
示例代码：
import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class Main { public static void main(String[] args) { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建一个固定大小的线程池 executor.submit(() -> System.out.println("任务正在执行")); executor.shutdown(); // 关闭线程池 } } -
锁机制：
ReentrantLock是 Java 提供的一个锁，它比synchronized提供了更多的控制，比如可以尝试加锁（tryLock()）或设置超时。ReadWriteLock是一种读写锁，适用于读多写少的场景。
总结
Java 的多线程编程为开发者提供了强大的并发处理能力。在多核处理器的时代，合理使用多线程可以显著提高程序的执行效率。在开发过程中，除了基本的线程创建和同步方法外，使用线程池和高阶并发工具类也能帮助开发者更高效地管理多线程任务。理解线程的生命周期、同步机制和线程间通信是成为一个熟练的 Java 多线程开发者的关键。