【Java多线程与高并发的艺术】：IKM测试中的多线程并发控制


参考资源链接：[Java IKM在线测试：Spring IOC与多线程实战](https://wenku.csdn.net/doc/6412b4c1be7fbd1778d40b43?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. Java多线程与高并发的基础概念

## 1.1 多线程的基本原理
多线程编程是现代软件开发中处理并发任务的基石。它允许程序中同时运行多个独立的执行路径，即线程。每个线程可以看作是一个轻量级的进程，能够共享进程资源，同时具备并发执行的能力。

## 1.2 高并发的定义和重要性
高并发是指系统能够同时处理大量请求的能力。在高并发场景下，系统性能成为衡量用户体验的关键指标。理解高并发的重要性，对设计可扩展、响应迅速的系统至关重要。

## 1.3 Java中实现多线程的方法
在Java中，实现多线程主要有两种方式：一种是通过继承Thread类，另一种是实现Runnable接口。这两种方式各有优势，选择哪种取决于具体需求和设计考虑。

// 继承Thread类的示例代码
class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

// 实现Runnable接口的示例代码
class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}

通过上述章节内容，我们已经建立了对Java多线程编程的初步认识，并且了解了如何在Java中创建和管理线程，为后续深入探讨多线程编程的高级特性打下基础。

# 2. Java多线程编程的核心技术

## 2.1 Java线程的创建与管理

### 2.1.1 实现Runnable接口与继承Thread类

Java语言提供了两种创建线程的基本方式：通过实现`Runnable`接口和通过继承`Thread`类。无论使用哪种方式，最终都是通过调用`Thread`类的`start()`方法来启动线程。`Runnable`接口和`Thread`类都定义了`run()`方法，这是线程执行的入口点。

**实现Runnable接口**
实现`Runnable`接口是最为推荐的创建线程的方式，因为它支持多重继承，使得线程任务可以继承其他类。此外，这种方式更易于共享资源，因为在多线程中，共享资源应该由多个线程共同访问，而不是被某个线程独占。

下面是一个简单的例子，展示如何通过实现`Runnable`接口来创建线程：

public class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 线程要执行的代码
        System.out.println("MyRunnable is running");
    }
}

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

在上述代码中，`MyRunnable`类实现了`Runnable`接口，并覆盖了`run()`方法。在`main()`方法中，我们创建了一个`MyRunnable`实例，并将其作为参数传递给`Thread`的构造函数。通过调用`start()`方法，线程启动并执行`run()`方法中的代码。

**继承Thread类**
继承`Thread`类是另一种创建线程的方式，这种方式通过创建一个新的线程类，继承自`Thread`类，并覆盖其中的`run()`方法来实现。

下面是一个示例代码：

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 线程要执行的代码
        System.out.println("MyThread is running");
    }
}

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

在这个例子中，`MyThread`类继承自`Thread`类，并覆盖了`run()`方法。在`main()`方法中，创建了`MyThread`的实例并调用了`start()`方法来启动线程。

**选择实现Runnable还是继承Thread类？**
虽然这两种方式都可以创建线程，但是在实际开发中，推荐使用实现`Runnable`接口的方式。理由如下：

- `Runnable`接口允许类继续继承其他类，而`Thread`类只能继承一次。
- 多个线程可以共享同一个`Runnable`对象，这样可以利用对象的多态性。
- 在某些情况下，如使用线程池时，必须使用`Runnable`。

### 2.1.2 线程的生命周期和状态控制

一个线程从创建到终止，其生命周期可以划分为以下几种状态：

- **NEW**: 新创建的线程尚未启动。
- **RUNNABLE**: 线程正在Java虚拟机中执行。
- **BLOCKED**: 线程被阻塞，等待监视器锁。
- **WAITING**: 线程无限期等待其他线程执行一个特别的动作。
- **TIMED_WAITING**: 线程在指定的时间内等待其他线程执行一个动作。
- **TERMINATED**: 线程已经结束执行。

下面是一个表格，展示了线程生命周期中各个状态之间的转换关系：

| 转换关系 | 描述 |
|:---------|:------|
| NEW -> RUNNABLE | 线程通过start()方法启动后，进入RUNNABLE状态 |
| RUNNABLE -> BLOCKED | 线程进入同步代码块时，无法获取锁，状态变为BLOCKED |
| RUNNABLE -> WAITING | 线程执行了Object.wait()、Thread.join()，或LockSupport.park()后，进入WAITING状态 |
| RUNNABLE -> TIMED_WAITING | 线程执行了Thread.sleep(long millis)、Object.wait(long timeout)、Thread.join(long millis)、LockSupport.parkNanos()或LockSupport.parkUntil()后，进入TIMED_WAITING状态 |
| RUNNABLE -> TERMINATED | 线程的run()方法执行结束，或者因异常退出，线程进入TERMINATED状态 |
| BLOCKED -> RUNNABLE | 当持有锁的线程释放锁后，阻塞的线程竞争到锁，状态变为RUNNABLE |
| WAITING -> RUNNABLE | 等待线程收到通知（notify()、interrupt()）后，状态变为RUNNABLE |
| TIMED_WAITING -> RUNNABLE | 等待时间结束或收到通知，状态变为RUNNABLE |

线程的状态控制对于多线程编程非常重要，因为合理的状态控制能够帮助我们解决资源竞争、死锁等问题。Java的Thread类提供了几个方法来控制线程的状态：

- **Thread.sleep()**: 使当前正在执行的线程暂停执行，进入TIMED_WAITING状态指定的时间长度。
- **Thread.yield()**: 释放当前CPU资源，让其他线程执行，但是不改变线程状态，线程依然保持RUNNABLE状态。
- **Object.wait()**: 导致当前执