Java中的线程编程基础

# 1. 理解线程

## 1.1 什么是线程

在Java中，线程是程序执行的最小单位，它是进程中的一个实体。线程共享进程的资源，每个线程都有自己的执行路径和执行栈。通过线程，程序可以实现并发执行，提高程序的运行效率。

## 1.2 线程与进程的区别

线程是进程中的一个实体，是进程的子集。一个进程包含一个或多个线程，它们共享进程的资源。线程之间可以共享数据，而进程之间不能直接共享数据。因此，线程间的通信更加方便快捷。另外，线程的切换比进程的切换开销要小很多，因此在多线程编程中，可以更好地发挥多核处理器的性能优势。

## 1.3 线程的生命周期

线程的生命周期包括新建、就绪、运行、阻塞和终止五种状态。线程在不同的状态间切换，通过调度器来控制。在编写多线程程序时，需要充分理解线程的生命周期，合理地进行管理和调度，才能充分利用多线程的优势。

以上是关于Java中线程的基础知识，接下来我们将深入探讨如何创建和管理线程。

# 2. 创建和管理线程

在Java中，线程的创建和管理是非常重要的，能够帮助我们有效地控制程序的并发执行和资源利用。本章将介绍如何创建和管理线程，包括线程的调度和管理，以及线程的优先级和调度策略。

### 如何创建线程

在Java中，有两种主要的方式来创建线程：继承Thread类和实现Runnable接口。以下是两种方式的示例代码：

#### 继承Thread类

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

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

#### 实现Runnable接口

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

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

在上面的代码中，我们分别通过继承Thread类和实现Runnable接口来创建线程，然后调用start()方法启动线程。

### 线程的调度和管理

Java中的线程调度由JVM的线程调度器负责，我们可以通过设置线程的优先级来影响线程的调度顺序。线程的优先级范围是1至10，默认为5，数字越大优先级越高。

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    System.out.println("Thread 1 with priority " + Thread.currentThread().getPriority());
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
    System.out.println("Thread 2 with priority " + Thread.currentThread().getPriority());
});

thread1.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); // 设置最低优先级
thread2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); // 设置最高优先级

thread1.start();
thread2.start();

在上面的代码中，我们创建了两个线程，一个设置最低优先级，一个设置最高优先级，然后启动这两个线程。根据优先级的不同，线程会有不同的调度顺序。

### 线程的优先级和调度策略

Java中的线程调度遵循"抢占式"的调度策略，即优先级高的线程会有更大的几率被调度执行，但并不保证绝对的优先级顺序。因此，在实际应用中，我们应该避免过分依赖线程的优先级来控制程序的执行顺序，而是通过合理设计和同步机制来确保程序的正确性和效率。

通过本章的学习，我们了解了如何创建和管理线程，在实际开发中，灵活运用线程的创建方式和优先级设置，能够更好地控制程序的并发执行。

# 3. 同步与互斥

在并发编程中，多个线程同时访问共享资源往往会引发数据不一致的问题，因此需要考虑如何实现线程的同步和互斥。本章将重点介绍同步与互斥的概念和实现。

#### 3.1 理解多线程并发问题

多线程并发问题是指多个线程同时访问共享资源时可能产生的问题，包括竞态条件（Race Condition）、死锁（Deadlock）、活锁（Livelock）等。其中，竞态条件是最常见且最具破坏性的问题，它指的是多个线程以不同的顺序访问共享资源，导致最终的状态与线程执行顺序有关，而非资源本身的内容决定。

#### 3.2 同步机制的实现

为了解决多线程并发问题，Java提供了同步机制来确保多个线程之间的协调和同步。其中最常用的同步机制包括synchronized关键字和Lock接口。synchronized关键字通过对代码块或方法进行加锁的方式实现同步，而Lock接口提供了更灵活的同步控制方式，允许更细粒度的加锁和解锁操作。

示例代码：

public class SynchronizedExample {
    private int count = 0;