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java线程

多线程编程是 Java 中的重要特性之一,它允许一个程序同时执行多个任务。以下是关于 Java 多线程编程的一些关键知识点:

1. 线程的基本概念

  • 线程(Thread):线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。Java 中的每个应用至少有一个线程,即主(main)线程。
  • 进程(Process):进程是一个独立运行的应用程序实例,拥有自己独立的地址空间和系统资源。

2. 创建线程的方式

  • 继承 Thread 类:通过创建 Thread 类的子类并重写其 run() 方法来定义线程的行为。
  • 实现 Runnable 接口:让某个类实现 Runnable 接口,并实现 run() 方法。然后将该对象作为参数传递给 Thread 类的构造函数。
  • 实现 Callable 接口:与 Runnable 类似,但是 Callable 可以返回结果并且可以抛出异常。需要使用 FutureTask 来包装 Callable 对象,再传递给 Thread

3. 线程的状态转换

线程在其生命周期中有以下几种状态:

  • 新建(New)
  • 就绪(Runnable)
  • 运行(Running)
  • 阻塞(Blocked)
  • 死亡(Terminated)

4. 同步机制

  • 同步代码块:使用 synchronized 关键字对一段代码加锁,确保同一时刻只有一个线程可以访问这块代码。
  • 同步方法:可以在方法声明中使用 synchronized 关键字,这样整个方法都会被同步。
  • 显式锁(Lock):如 ReentrantLock 提供了更灵活的锁定机制,例如尝试获取锁、定时等待锁等。
  • 原子变量(Atomic Variables):提供了原子操作的类,如 AtomicInteger,用于在并发环境中安全地更新数值而不需要锁定。

5. 线程通信

  • wait() 和 notify()/notifyAll():这些方法用来在线程之间进行协调,通常与 synchronized 结合使用。
  • Condition:比传统的 Object 的 wait 和 notify 更强大,可以有多个条件队列,适用于更复杂的线程间协作场景。

6. 线程池

  • Executor 框架:简化了线程管理,提供了一种高级别的方式来启动、管理和控制线程。常用的是 Executors 工厂类提供的静态方法来创建不同类型的线程池。
  • FixedThreadPool, CachedThreadPool, ScheduledThreadPool:不同的线程池类型适用于不同的应用场景。

7. 并发集合

  • Java 提供了一些专门设计用于并发环境下的集合类,如 ConcurrentHashMapCopyOnWriteArrayList 等,它们提供了更好的性能和安全性。

8. volatile 关键字

  • volatile 可以确保变量的可见性,即当一个线程修改了这个变量的值,新值对于其他线程来说是立即可见的。

9. 并发工具类

  • Java 提供了一系列实用工具类来辅助并发编程,如 CountDownLatchCyclicBarrierSemaphore 等。

10. 并发问题

  • 死锁(Deadlock):两个或更多线程互相等待对方持有的锁,导致所有涉及的线程都无法继续执行。
  • 活锁(Livelock):线程频繁响应但没有取得进展。
  • 饥饿(Starvation):某些线程无法获得所需的资源,长时间无法执行。

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