Java并发编程基础：掌握JDK并发工具类库的5大策略

# 1. Java并发编程概述

并发编程是现代计算机科学中的一个重要分支，它旨在解决多任务处理的问题。在Java中，由于其语言层面的支持，使得开发者可以更加方便地编写并发程序。Java并发编程不仅涉及到多线程的创建和管理，还包括线程之间的协调和同步机制，以及高效的并发控制。

Java并发编程的核心在于通过多线程实现任务的并行处理，以达到提升程序性能、改善用户体验的目的。本章将对Java并发编程的基本概念进行初步的介绍，包括并发编程的意义、多线程技术的发展背景以及Java并发包中的关键组件。通过本章的学习，读者将对Java并发编程有一个宏观的认识，并为后续章节中更深入的线程控制和优化技巧打下坚实的基础。

# 2. 掌握线程的基本使用

在学习Java并发编程的过程中，掌握线程的基本使用是构建并发程序的基础。Java线程可以通过两种主要方式实现：实现Runnable接口和继承Thread类。本章将详细介绍如何通过这两种方式创建和启动线程，以及如何理解线程的生命周期和调度机制，最后探讨线程的同步控制，确保线程间的安全通信。

## 2.1 线程的创建和启动

### 2.1.1 实现Runnable接口

实现Runnable接口是最推荐的方式来创建一个线程任务，因为这种方式更符合单一职责原则，并且允许实现Runnable的类被多个线程共享。

public class MyThreadTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的任务代码
        System.out.println("Thread is running...");
    }
}

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        MyThreadTask task = new MyThreadTask();
        Thread thread = new Thread(task);
        thread.start(); // 启动线程
    }
}

上述代码展示了如何实现Runnable接口并创建一个线程。`run`方法中定义了线程需要执行的任务。`main`方法中创建了`MyThreadTask`的实例，并将其传递给`Thread`类的构造函数，然后调用`start`方法来启动线程。

#### 代码逻辑分析

- `MyThreadTask`类通过实现`Runnable`接口，重写了`run`方法，该方法包含了线程将要执行的代码。
- 在`ThreadExample`类的`main`方法中，创建`MyThreadTask`对象，并将它作为参数传递给`Thread`对象的构造函数，这样就将线程任务与线程对象关联起来了。
- `thread.start()`方法的调用是启动线程的入口，它会告知Java虚拟机（JVM）创建一个新的执行线程，并调用其`run`方法来执行任务。

### 2.1.2 继承Thread类

继承Thread类也是创建线程的一种方式，尽管它不像实现Runnable接口那样灵活，但它仍然是线程创建中的一种常见的实践方法。

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的任务代码
        System.out.println("Thread is running...");
    }
}

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start(); // 启动线程
    }
}

上述代码通过继承`Thread`类并重写`run`方法来定义线程任务。在`main`方法中创建了`MyThread`的实例，并通过调用`start`方法来启动线程。

#### 代码逻辑分析

- `MyThread`类继承自`Thread`类，并覆盖了`run`方法以定义线程需要执行的任务。
- 在`ThreadExample`的`main`方法中，我们创建了一个`MyThread`对象，并通过调用`start`方法来启动线程。
- 与实现Runnable接口相比，继承Thread类使得线程任务和线程本身耦合度更高，因此不推荐用于具有线程安全要求的复杂场景。

## 2.2 线程的生命周期和调度

### 2.2.1 线程状态转换

Java线程从创建到终止会经历多个状态，包括新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）和死亡（Terminated）。理解线程状态转换对于设计和调试并发程序至关重要。

| 状态名称 | 描述 |
| ----------- | ------------------------------------------------------------ |
| New | 线程刚被创建，尚未调用`start()`方法。 |
| Runnable | 线程的`start()`方法已经调用，线程处于可运行状态。 |
| Running | 线程正在运行，可能正在执行`run()`方法中的代码。 |
| Blocked | 线程因某种原因被阻塞，例如在等待监视器锁。 |
| Waiting | 线程无限期等待另一个线程执行特定操作。 |
| Timed Waiting | 线程在指定的时间内等待另一个线程执行操作。 |
| Terminated | 线程运行结束或因异常退出。 |

### 2.2.2 线程优先级和调度

线程的优先级是一个介于1（最低优先级）到10（最高优先级）之间的整数，可以通过`setPriority()`方法设置。Java虚拟机会根据线程的优先级来分配CPU时间，但这种分配不是绝对的，而是建议性的。

Thread thread = new Thread(new MyThreadTask());
thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); // 设置最高优先级
thread.start();

在上述代码中，我们设置了线程的优先级为最大值，意味着该线程在理论上会被优先调度执行。然而，这并不意味着线程一定能得到更多的执行机会，实际调度依赖于操作系统的线程调度策略。

#### 线程优先级和调度的注意事项

- Java中的线程优先级并不保证线程的执行顺序。高优先级线程只是在具有相同优先级的线程面前更容易获得CPU时间。
- 过度依赖线程优先级可能会导致饥饿问题，即低优先级线程长时间得不到执行。
- 在多线程编程时，应该尽量避免依赖线程优先级，而是通过合理的线程协调和同步机制来控制线程执行。

## 2.3 线程的同步控制

线程的同步是保证多线程环境下数据安全和防止竞态条件的重要机制。在Java中，同步主要依赖于`synchronized`关键字和`wait/notify`机制。

### 2.3.1 synchronized关键字

`synchronized`关键字可以用来控制对共享资源的并发访问，确保在同一时刻只有一个线程可以执行特定代码块。

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

在上述`Counter`类中，`increment`和`getCount`方法都被`synchronized`修饰，确保了对`count`变量的访问是线程安全的。

#### 同步的内部实现

当一个线程试图进入由`synchronized`保护的代码块时，它会