Java多线程详解：从概念到实践

Java多线程是Java编程中的重要概念，它允许在单个进程中并发地执行多个线程，从而提高了程序的效率和响应速度。在Java中，线程是程序执行的最小单元，而进程则是拥有独立资源的运行实体。 1. **线程的概念模型** Java线程模型基于虚拟CPU的概念，它由`java.lang.Thread`类封装和管理。线程执行的代码存储在Thread类对象中，而处理的数据也与之关联。这个模型使得Java能够高效地管理和调度线程的执行，因为线程之间可以共享代码和数据空间，但拥有各自的程序计数器和运行栈，这减少了上下文切换的开销。 2. **线程的创建和启动** 在Java中，可以通过以下几种方式创建线程： - 继承`Thread`类并重写`run()`方法，然后实例化该类的子类并调用`start()`方法启动线程。 - 实现`Runnable`接口并提供`run()`方法，然后将`Runnable`对象传递给`Thread`类的构造函数创建线程，并调用`start()`方法。 - 实现`Callable`接口并提供`call()`方法，再通过`FutureTask`包装器来创建线程，这种方式可以返回结果并处理异常。 3. **线程的状态控制** Java线程有五种基本状态：新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）和终止（Terminated）。线程的状态转换通常是通过调用`start()`、`sleep()`、`join()`、`wait()`、`notify()`等方法进行控制。 4. **临界资源、对象锁和死锁** - **临界资源**：多个线程可能需要访问的共享资源，必须进行同步管理，以防止数据不一致。 - **对象锁**：Java提供了内置锁机制，每个对象都有一个锁，通过`synchronized`关键字实现。当一个线程获取了对象锁后，其他线程只能等待该锁被释放。 - **死锁**：两个或多个线程相互等待对方释放资源，导致所有线程都无法继续执行的情况。避免死锁的关键是合理设计资源获取顺序和超时策略。 5. **线程的互斥和同步** - **互斥**：同一时间只有一个线程可以访问临界资源，通过`synchronized`关键字实现。 - **同步**：控制多个线程的执行顺序，确保数据的一致性。除了`synchronized`，还可以使用`wait()`, `notify()`, `notifyAll()`等方法，以及`java.util.concurrent`包下的高级同步工具如`Semaphore`, `ReentrantLock`等。 6. **线程的优先级** Java线程有10个优先级，从`MIN_PRIORITY`(1)到`MAX_PRIORITY`(10)，默认优先级是`NORM_PRIORITY`(5)。优先级高的线程在调度时可能会优先获得执行机会，但Java线程调度并不保证优先级高的线程一定能先执行。 7. **线程池** 为了更有效地管理线程，Java提供了`ExecutorService`和相关的接口，如`ThreadPoolExecutor`，允许预先创建一定数量的线程，从而减少频繁创建和销毁线程的开销。 理解并熟练掌握Java多线程技术，对于编写高并发、高性能的Java应用至关重要。开发者应关注线程安全、性能优化以及异常处理等方面，确保程序的稳定性和正确性。