Java 多线程编程：从基础到实战！

开篇语

哈喽，各位小伙伴们，你们好呀，我是喵手。运营社区：C站/掘金/腾讯云/阿里云/华为云/51CTO；欢迎大家常来逛逛

  今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点，并以文字的形式跟大家一起交流，互相学习，一个人虽可以走的更快，但一群人可以走的更远。

  我是一名后端开发爱好者，工作日常接触到最多的就是Java语言啦，所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的，通过文章的形式进行输出，希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们，同时也能对自己的技术进行沉淀，加以复盘，查缺补漏。

小伙伴们在批阅的过程中，如果觉得文章不错，欢迎点赞、收藏、关注哦。三连即是对作者我写作道路上最好的鼓励与支持！

前言

  多线程编程是 Java 中的一个核心概念，它允许多个线程同时执行任务，从而提高程序的效率和响应性。在现代应用程序中，多线程编程无处不在，尤其是在处理高并发任务时。今天，我们将从基础到实战深入讲解 Java 的多线程编程，帮助你更好地理解和应用它。

1. 线程基础概念

1.1 什么是线程？

  线程是操作系统能够进行调度的最小单位。每个 Java 程序在启动时，都会自动创建一个主线程。通过多线程编程，多个线程可以同时执行不同的任务。

  线程是属于进程的，每个线程都有自己的执行路径。多线程可以并发地执行任务，提高程序的效率，尤其是在 CPU 密集型和 I/O 密集型任务中。

1.2 线程的生命周期

  线程的生命周期主要包括以下几个阶段：

• 新建（New）：线程对象创建后，还未调用 start() 方法时，处于新建状态。
• 就绪（Runnable）：线程调用 start() 方法后，处于就绪状态。操作系统会将就绪的线程分配 CPU 时间片，开始执行任务。
• 运行（Running）：线程获得 CPU 时间片后，进入运行状态，开始执行任务。
• 阻塞（Blocked）：线程在等待某些资源（如 I/O、锁等）时，会进入阻塞状态。
• 死亡（Dead）：线程执行完任务后进入死亡状态。

2. 线程的创建与启动

在 Java 中，创建和启动线程的方式有两种：继承 Thread 类和实现 Runnable 接口。

2.1 继承 Thread 类

  通过继承 Thread 类并重写 run() 方法来实现线程。然后通过调用 start() 方法来启动线程。

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在执行");}public static void main(String[] args) {MyThread thread1 = new MyThread();MyThread thread2 = new MyThread();thread1.start();  // 启动线程thread2.start();}
}

2.2 实现 Runnable 接口

  通过实现 Runnable 接口，并将 Runnable 实现类传递给 Thread 构造函数，再调用 start() 方法来启动线程。这个方法的优势是支持多继承。

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在执行");}public static void main(String[] args) {MyRunnable task = new MyRunnable();Thread thread1 = new Thread(task);Thread thread2 = new Thread(task);thread1.start();  // 启动线程thread2.start();}
}

3. 线程的同步

多线程编程中，一个常见的问题是多个线程访问共享资源时，可能会导致数据不一致的问题。为了解决这个问题，Java 提供了多种同步机制。

3.1 使用 synchronized 关键字

synchronized 是 Java 中用于控制对共享资源的访问的关键字。它可以确保同一时刻只有一个线程能够执行被 synchronized 修饰的代码块。

示例：使用 synchronized 修饰方法

class Counter {private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;}public synchronized int getCount() {return count;}
}public class SynchronizedExample {public static void main(String[] args) {Counter counter = new Counter();// 创建多个线程并执行任务Thread thread1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {counter.increment();}});Thread thread2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {counter.increment();}});thread1.start();thread2.start();try {thread1.join();thread2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("最终计数值：" + counter.getCount());}
}

3.2 使用 ReentrantLock

ReentrantLock 是一种更灵活的锁机制，它比 synchronized 更加可控，支持尝试锁、定时锁等高级功能。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;class Counter {private int count = 0;private Lock lock = new ReentrantLock();public void increment() {lock.lock();  // 获取锁try {count++;} finally {lock.unlock();  // 释放锁}}public int getCount() {return count;}
}public class LockExample {public static void main(String[] args) {Counter counter = new Counter();// 创建多个线程并执行任务Thread thread1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {counter.increment();}});Thread thread2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 1000; i++) {counter.increment();}});thread1.start();thread2.start();try {thread1.join();thread2.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("最终计数值：" + counter.getCount());}
}

4. 线程的通信

在某些情况下，多个线程需要相互协作，完成任务。Java 提供了 wait()、notify() 和 notifyAll() 方法来进行线程间的通信。

4.1 使用 wait() 和 notify()

wait() 方法使当前线程进入等待状态，直到其他线程调用 notify() 或 notifyAll() 方法时，当前线程才会被唤醒。

class SharedResource {private boolean flag = false;public synchronized void produce() throws InterruptedException {while (flag) {wait();  // 如果已经生产了，就等待}System.out.println("生产者生产了一个产品");flag = true;notify();  // 唤醒消费者}public synchronized void consume() throws InterruptedException {while (!flag) {wait();  // 如果没有产品，就等待}System.out.println("消费者消费了一个产品");flag = false;notify();  // 唤醒生产者}
}public class WaitNotifyExample {public static void main(String[] args) {SharedResource resource = new SharedResource();// 生产者线程Thread producer = new Thread(() -> {try {while (true) {resource.produce();Thread.sleep(1000);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});// 消费者线程Thread consumer = new Thread(() -> {try {while (true) {resource.consume();Thread.sleep(1000);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});producer.start();consumer.start();}
}

5. 线程池

  线程池是为了减少线程创建和销毁的开销，提升程序效率而设计的。Java 提供了 ExecutorService 接口和它的实现类 ThreadPoolExecutor 来管理线程池。

5.1 使用 ExecutorService 创建线程池

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class ExecutorServiceExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个固定大小的线程池ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);// 提交任务给线程池for (int i = 0; i < 5; i++) {executor.submit(() -> {System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在执行");});}// 关闭线程池executor.shutdown();}
}

6. 总结

  多线程编程是 Java 编程中的一个重要部分，它能够提升程序的性能和响应速度。通过学习 Java 中的线程创建、同步、通信和线程池等内容，你可以更好地理解如何在 Java 中实现并发处理。

  今天，我们从 Java 线程的基础概念到高级特性进行了详细的讲解，并通过实例帮助大家更好地理解多线程编程的核心要点。希望这篇文章能够帮助你更好地掌握 Java 多线程编程！

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文末

好啦，以上就是我这期的全部内容，如果有任何疑问，欢迎下方留言哦，咱们下期见。

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学习不分先后，知识不分多少；事无巨细，当以虚心求教；三人行，必有我师焉！！！

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