JAVA--多线程

Java中的多线程是指在同一个Java虚拟机（JVM）中并发执行多个线程的能力。线程是程序执行的最小单元，Java提供了丰富的API来创建和管理线程。以下是Java中实现多线程的一些关键概念和方法：

1. Thread 类：Java提供了Thread类来创建和管理线程。通过继承Thread类并重写其run()方法，可以定义线程执行的任务。

2. Runnable 接口：Java还提供了Runnable接口，它包含一个run()方法。实现Runnable接口的类可以被传递给Thread类的构造器，从而创建一个新的线程。

3. 创建线程：可以通过继承Thread类或实现Runnable接口来创建线程。然后，通过调用start()方法启动线程。

4. 生命周期：线程有几种状态，包括新建、就绪、运行、阻塞和死亡。线程状态的变化由线程的生命周期管理。

5. 同步：当多个线程访问共享资源时，需要同步以避免数据不一致。Java提供了synchronized关键字和ReentrantLock等同步机制。

6. 线程池：Java提供了线程池（ExecutorService）来管理线程的创建和销毁，提高资源利用率和执行效率。

7. 中断：线程可以被中断，这是线程间通信的一种方式。通过调用线程的interrupt()方法可以设置中断状态，而通过检查线程的isInterrupted()方法可以响应中断。

8. 等待/通知机制：Java提供了wait()、notify()和notifyAll()方法，允许线程在某些条件下等待，或在条件满足时被唤醒。

9. 死锁：当多个线程相互等待对方释放资源时，可能会发生死锁。Java提供了工具和方法来检测和避免死锁。

10. 并发集合：Java并发包（java.util.concurrent）提供了线程安全的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。

下面是一个简单的Java多线程示例，演示了如何创建和启动线程：

// 使用Runnable接口创建线程
class Task implements Runnable {private int taskId;public Task(int id) {this.taskId = id;}@Overridepublic void run() {System.out.println("Task " + taskId + " is running by " + Thread.currentThread().getName());// 执行任务的代码}
}public class MultiThreadExample {public static void main(String[] args) {// 创建线程Thread thread1 = new Thread(new Task(1), "Thread-1");Thread thread2 = new Thread(new Task(2), "Thread-2");// 启动线程thread1.start();thread2.start();}
}

在这个示例中，我们定义了一个Task类实现了Runnable接口，并重写了run()方法来执行任务。然后在main方法中创建了两个线程，并通过调用它们的start()方法来启动它们。

Java多线程编程是一个复杂的话题，涉及到线程安全、性能优化、资源管理等多个方面。正确地使用多线程可以提高程序的性能和响应能力，但同时也需要小心处理线程间的交互和同步问题。

在Java中，实现线程间的同步和互斥主要依赖于同步机制，以下是一些常用的方法：

1. synchronized 关键字：

   • 可以用来修饰方法或者代码块。
   • 当一个线程访问一个对象的synchronized方法或者同步代码块时，它会获得这个对象的锁。
   • 其他线程必须等待锁释放后才能访问该对象的任何其他synchronized方法或同步代码块。

2. wait() 和 notify() 方法：

   • wait()方法使当前线程等待，直到其他线程调用相同对象的notify()或notifyAll()方法。
   • notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，而notifyAll()唤醒所有在此对象监视器上等待的线程。

3. Lock 接口和其实现类：

   • Java并发API提供了java.util.concurrent.locks.Lock接口和一些实现类，如ReentrantLock。
   • 这些锁提供了与synchronized关键字类似的功能，但提供了更多的灵活性，例如尝试非阻塞获取锁、可中断的锁获取、超时等待等。

4. volatile 关键字：

   • 确保变量的更新对所有线程立即可见。
   • 当一个线程修改了一个volatile变量的值，新值会立即同步到主内存中，其他线程可以立即看到这个新值。

5. Atomic 类：

   • Java并发API提供了一组原子类，如AtomicInteger、AtomicLong等，它们利用CAS（Compare-And-Swap）操作来保证操作的原子性。

6. Concurrent 集合：

   • java.util.concurrent包提供了线程安全的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等，它们内部实现了同步机制。

7. CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore 和 Exchanger：

   • 这些是Java并发API提供的同步辅助类，用于控制多个线程之间的协调。

下面是一个使用synchronized关键字和wait()/notify()方法实现线程间同步的示例：

public class Counter {private int count = 0;public synchronized void increment() {count++;System.out.println("Count: " + count);// 当计数达到某个值时，通知等待的线程if (count >= 5) {notifyAll();}}public synchronized void waitForCount() throws InterruptedException {while (count < 5) {wait();}}public static void main(String[] args) {Counter counter = new Counter();Thread incrementer = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 10; i++) {counter.increment();}});Thread waiter = new Thread(() -> {try {counter.waitForCount();System.out.println("Count has reached 5 or more.");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});incrementer.start();waiter.start();}
}

在这个示例中，Counter类有两个同步方法：increment()和waitForCount()。increment()方法每次被调用时都会增加计数并打印当前计数。如果计数达到5或以上，它会调用notifyAll()来唤醒等待的线程。waitForCount()方法使用wait()来等待计数达到5。

请注意，使用同步机制时，需要小心避免死锁和性能问题。正确的同步策略取决于具体的应用场景和需求。

 笔者小，中，大厂均有面试经验，目前正在从事全栈开发工作，坚持每日分享java全栈开发知识与相关的面试真题，希望能够给大家带来帮助，同大家共同进步。