[教程]一网打尽Java线程：深入浅出掌握并发编程之道

引言Java作为一种广泛使用的编程语言，其并发编程能力对于开发高性能、高可用的应用至关重要。Java提供了丰富的API和工具，使得并发编程变得相对容易。本文将深入浅出地介绍Java线程的基本概念、线程...

引言

Java作为一种广泛使用的编程语言，其并发编程能力对于开发高性能、高可用的应用至关重要。Java提供了丰富的API和工具，使得并发编程变得相对容易。本文将深入浅出地介绍Java线程的基本概念、线程同步机制、并发工具类以及一些高级并发编程技巧。

Java线程基础

线程创建与启动

在Java中，创建线程主要有两种方式：继承Thread类和实现Runnable接口。

// 继承Thread类
public class MyThread extends Thread { @Override public void run() { // 线程执行的任务 }
}
// 实现Runnable接口
public class MyRunnable implements Runnable { @Override public void run() { // 线程执行的任务 }
}
// 启动线程
new MyThread().start();
new Thread(new MyRunnable()).start();

线程状态

Java线程有五种基本状态：新建（NEW）、就绪（RUNNABLE）、阻塞（BLOCKED）、等待（WAITING）和终止（TERMINATED）。

• 新建（NEW）：线程对象被创建后处于此状态。
• 就绪（RUNNABLE）：线程获取到CPU资源，可以开始执行。
• 阻塞（BLOCKED）：线程因为某些原因无法获取到CPU资源，例如等待锁。
• 等待（WAITING）：线程在等待某个条件成立，例如调用Object.wait()方法。
• 终止（TERMINATED）：线程执行完毕或被其他线程终止。

线程同步与通信

同步关键字synchronized

synchronized是Java中实现线程同步的基本手段，它可以修饰方法或代码块，确保同一时刻只有一个线程能够执行被synchronized修饰的代码。

public synchronized void synchronizedMethod() { // 同步代码块
}
public void method() { synchronized (this) { // 同步代码块 }
}

wait()、notify()和notifyAll()

Object类提供了wait()、notify()和notifyAll()三个方法，用于线程间的通信。

synchronized (object) { object.wait(); // 当前线程等待 object.notify(); // 唤醒一个等待线程 object.notifyAll(); // 唤醒所有等待线程
}

并发工具类

Java提供了丰富的并发工具类，如ExecutorService用于管理线程池，CountDownLatch、CyclicBarrier和Semaphore用于控制线程间的同步，ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList等并发集合类则提供了线程安全的集合操作。

// 创建线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
// 使用CountDownLatch
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
latch.countDown(); // 减少计数
latch.await(); // 等待计数为0
// 使用Semaphore
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
semaphore.acquire(); // 获取许可
semaphore.release(); // 释放许可
// 使用ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put("key", "value");

高级并发编程技巧

显式锁

显式锁是java.util.concurrent.locks.Lock接口的实现类，如ReentrantLock。

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

原子变量

原子变量是java.util.concurrent.atomic包中的类，如AtomicInteger。

AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
atomicInteger.incrementAndGet(); // 原子性地增加

非阻塞算法

非阻塞算法是利用java.util.concurrent.atomic包中的原子变量和java.util.concurrent.locks包中的锁来实现。

// 使用原子变量实现非阻塞算法
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(0);
atomicInteger.addAndGet(1); // 原子性地增加

总结

Java线程是并发编程的基础，掌握Java线程对于开发高性能、高可用的应用至关重要。本文深入浅出地介绍了Java线程的基本概念、线程同步机制、并发工具类以及一些高级并发编程技巧，希望对您有所帮助。