Java多线程编程与性能优化
发布时间: 2024-03-03 00:57:28 阅读量: 15 订阅数: 18 ![](https://csdnimg.cn/release/wenkucmsfe/public/img/col_vip.0fdee7e1.png)
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# 1. 多线程编程基础
## 1.1 理解并发和多线程
在计算机编程领域,**并发**指的是在同一时间段内执行多个独立的任务。而**多线程**是实现并发的一种重要方式。通过使用多线程,我们可以让程序同时执行多个任务,提高系统的效率和响应速度。
## 1.2 Java多线程编程的基本概念
在Java中,多线程编程使用`java.lang.Thread`类来表示一个线程,通过继承`Thread`类或实现`Runnable`接口来创建和启动线程。
## 1.3 线程的创建与启动
```java
public class MyThread extends Thread {
public void run() {
System.out.println("MyThread running");
}
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
```
**代码说明:**
- 创建一个继承自`Thread`的子类`MyThread`,重写`run`方法来定义线程执行的任务。
- 在`main`方法中实例化`MyThread`对象,并调用`start`方法启动线程。
**代码执行结果:**
```
MyThread running
```
## 1.4 线程同步与互斥
多线程编程中,线程之间可能会存在竞争条件(Race Condition),导致数据的不一致性。为了避免这种情况,我们需要使用同步机制来保证数据的一致性。
```java
public class Counter {
private int count;
public synchronized void increment() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Counter counter = new Counter();
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("Counter value: " + counter.getCount());
}
}
```
**代码说明:**
- 创建一个`Counter`类用于存储计数器的值,并在`increment`方法上加上`synchronized`关键字实现线程同步。
- 在`Main`类中创建两个线程分别对计数器进行增加操作,并使用`join`方法等待两个线程执行完成。
- 最终输出计数器的值。
**代码执行结果:**
```
Counter value: 2000
```
## 1.5 线程通信与协作
在多线程编程中,线程之间需要进行通信和协作来完成复杂的任务。可以使用`wait`、`notify`和`notifyAll`方法实现线程的等待和唤醒。
```java
public class Task {
public synchronized void doTask() {
System.out.println("Task is running");
notify();
}
public synchronized void waitForTask() throws InterruptedException {
System.out.println("Waiting for task to finish");
wait();
System.out.println("Task has finished");
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Task task = new Task();
Thread thread1 = new Thread(() -> {
task.doTask();
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
try {
task.waitForTask();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
});
thread2.start();
thread1.start();
}
}
```
**代码说明:**
- 创建一个`Task`类,其中`doTask`方法执行任务并通过`notify`方法唤醒等待线程,`waitForTask`方法等待任务执行完成。
- 在`Main`类中创建两个线程,一个执行任务,一个等待任务执行完成。
**代码执行结果:**
```
Waiting for task to finish
Task is running
Task has finished
```
通过本章节的学习,我们了解了多线程编程的基础概念、线程的创建与启动、线程同步与互斥以及线程通信与协作的相关知识。在后续章节中,我们将深入探讨并发编程模型、性能分析工具与技术、Java内存模型与并发编程、并发设计模式与最佳实践以及高性能并发编程案例分析等内容。
# 2. 并发编程模型
并发编程是指在一个系统中同时执行多个独立的任务,Java提供了丰富的并发编程模型来支持多线程的开发和管理。在本章中,我们将深入探讨Java的并发编程模型和相关技术。
### 2.1 Java并发包的基本概述
Java提供了丰富的并发包来支持并发编程,其中最常用的是java.util.concurrent包。该包中包含了Executor框架、Future和Callable接口、并发容器、同步原语和锁等各种工具类,提供了丰富的并发编程工具和组件。
```java
// 举例:创建一个线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
executor.execute(new RunnableTask());
executor.shutdown();
```
### 2.2 使用Executor框架进行任务管理
Executor框架提供了一种简单的方式来执行并发任务,它将任务的提交和执行分离开来,提供了线程池的管理和任务的执行。开发人员无需关注线程的创建和管理,只需要将任务交给Executor框架进行处理即
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