Java中的多线程编程基础

# 1. 多线程概述

## 1.1 什么是多线程？
在计算机科学中，线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。一个进程中可以包含多个线程，每个线程都拥有独立的堆栈内存和指令指针，但共享该进程的全局变量、静态变量等。多线程编程是在单个进程内多个线程同时执行不同的任务，从而提高程序的并发性和响应能力。

## 1.2 为什么要使用多线程？
- **提高程序效率**：多线程可以利用多核处理器同时执行多个任务，提高程序效率。
- **实现异步操作**：多线程可以实现程序的异步操作，提高程序的响应速度。
- **提高系统资源利用率**：通过合理的多线程设计，可以充分利用系统资源。

## 1.3 Java中的多线程特点
- **面向对象**：Java中的线程是通过对象的方式来创建和管理的。
- **可移植性**：Java提供了丰富的线程操作API，可以编写具有良好可移植性的多线程程序。
- **线程安全**：Java提供了同步机制来确保多线程操作的安全性。
- **高级特性**：Java中提供了丰富的线程协作与同步机制，如等待通知机制、锁机制等。

以上为第一章的具体内容，后续将继续介绍多线程编程的相关知识。

# 2. 线程的创建与管理

在多线程编程中，线程的创建和管理是非常重要的一部分。本章将介绍如何创建线程、管理线程的生命周期以及线程的优先级设置。

#### 2.1 创建线程的方式
在Java中，有两种主要的方式来创建一个新的线程：

1. 继承Thread类并重写run()方法：

class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("This is a new thread.");
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start();
    }
}

2. 实现Runnable接口：

class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        System.out.println("This is a new thread implemented by Runnable.");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
        thread.start();
    }
}

#### 2.2 线程的生命周期管理
线程在Java中的生命周期包括以下几个状态：

| 状态 | 描述 |
|----------|--------------------------------------------------------------|
| NEW | 新创建的线程，尚未执行start()方法 |
| RUNNABLE | 可运行状态，包括操作系统任务队列中等待CPU时间片的情况 |
| BLOCKED | 线程由于等待监视器锁而被阻塞 |
| WAITING | 等待状态，一直处于等待状态，直到其他线程通知或被中断 |
| TIMED_WAITING | 有时间限制的等待状态，超时后会自动恢复 |
| TERMINATED | 线程执行完毕或因异常退出后的状态 |

#### 2.3 线程的优先级
线程的优先级用于指定线程在运行时获取CPU时间片的概率，优先级范围从1到10，数值越大表示优先级越高。在Java中可以使用以下三个常量来设置线程的优先级：

- Thread.MIN_PRIORITY: 最低优先级，值为1
- Thread.NORM_PRIORITY: 正常优先级，值为5
- Thread.MAX_PRIORITY: 最高优先级，值为10

Thread thread = new Thread();
thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); // 设置线程优先级为最高

以上是关于线程的创建与管理的基本内容，下一章节将介绍Java中的同步与互斥。

# 4. 线程通信与协作

在多线程编程中，线程之间通信与协作是非常重要的，可以通过等待与通知机制来实现线程间的有效交互。本章将介绍如何利用wait、notify和notifyAll方法以及Condition接口来实现线程通信与协作。

### 4.1 等待与通知机制

等待与通知机制是指线程之间通过信号进行通信的机制，其中涉及到Object类中的wait、notify和notifyAll方法。下表列出了这些方法的作用：

| 方法 | 作用 |
| ------------- | ------------------------------------------------------------ |
| wait() | 使当前线程等待，进入等待队列并释放锁，直到其它线程调用notify或notifyAll方法唤醒它。 |
| notify() | 唤醒在该对象上等待的一个线程。 |
| notifyAll() | 唤醒在该对象上等待的所有线程。 |

### 4.2 使用wait、notify和notifyAll方法

下面是一个简单的示例，演示如何使用wait、notify和notifyAll方法实现线程的通信：

public class WaitNotifyExample {
    public static void main(String[] args) {
        final Object lock = new Object();
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("Thread 1: Acquired lock and waiting...");