优化CPU资源：多线程应用解析与同步机制

多线程使用原因及例程 在IT领域，特别是Java编程中，多线程技术是提高程序效率和响应性的关键工具。多线程的引入是为了更好地利用CPU资源，尤其是在处理涉及多个独立任务或操作的场景下，例如生产者-消费者模型。通过并发和并行的概念，我们可以理解线程在程序中的不同角色： 1. **多线程定义**：一个程序可以同时运行多个线程，每个线程代表程序中的一个执行流，它们可以并发地执行不同的部分，共同服务于一个进程。 2. **并行与并发的区别**：并行发生在多个物理处理器或机器上同时执行，而并发则是通过操作系统调度，看似同时执行，但实际上是交替执行的。并发中，如果共享资源有限，可能会出现性能瓶颈，此时通常通过吞吐量（TPS）或每秒请求数（QPS）衡量系统处理能力。 3. **线程安全**：线程安全的代码在并发环境下不会因线程调度顺序改变结果。确保线程安全是编程的基本要求，这可能通过同步机制如`synchronized`关键字来实现。然而，过度使用同步可能会牺牲性能，因此需权衡安全性和效率。 4. **monitor与synchronized**：Java中的monitor（监视器）是实现同步的核心，每个对象都有一个。synchronized关键字用于锁定对象的监视器，确保在访问共享资源时的互斥。`wait()`和`notify()`方法必须在`synchronized`块内使用，并且针对的是同一个监视器。 5. **非法状态异常**：试图在没有持有监视器使用权的情况下使用`wait()`或`notify()`会导致`IllegalMonitorStateException`，这提醒我们在进行线程交互时要遵循正确的同步规则。 理解这些概念有助于初学者设计和实现高效的多线程程序，确保在充分利用CPU资源的同时，避免数据竞争和并发问题。通过适当的线程管理和同步策略，可以构建出既安全又高效的应用程序。