Java线程与并行编程：从Thread到nio

"Java线程与并行编程主要涉及如何在Java平台上创建、运行和管理线程，以及Java5.0引入的并行程序设计的增强功能。通过使用`java.lang.Thread`类和`Runnable`接口，开发者可以方便地实现多线程应用程序。线程的生命周期包括六个状态，并且可以通过各种方法进行控制和同步。" 在Java中，线程的创建和运行主要基于两种方式： 1. **扩展Thread类**：创建Thread的子类并覆盖`run()`方法。当创建这个子类的实例并调用`start()`方法时，一个新的线程将被创建并执行`run()`方法中的代码。 2. **实现Runnable接口**：定义一个实现了`Runnable`接口的类，实现`run()`方法，然后将该类的实例作为参数传递给Thread的构造函数。同样，调用`start()`方法启动新线程执行`run()`。 例如，下面展示了两种创建线程的方法： ```java // Thread子类方式 class BackgroundSorter extends Thread { List l; public BackgroundSorter(List l) { this.l = l; } public void run() { Collections.sort(l); } } BackgroundSorter sorter = new BackgroundSorter(list); sorter.start(); // Runnable接口方式 Thread t = new Thread(new Runnable() { public void run() { Collections.sort(list); } }); t.start(); ``` 线程有六个可能的状态： - **新建（New）**：当使用`new Thread()`创建线程后，线程处于新建状态。 - **可运行（Runnable）**：调用`start()`方法后，线程进入可运行状态，等待操作系统调度。 - **运行（Running）**：操作系统分配CPU时间片，线程开始执行`run()`方法。 - **阻塞（Blocked）**：线程因等待I/O、锁或其他资源而暂停执行。 - **等待（Waiting）**：线程通过调用`wait()`、`join()`或`Object.wait()`进入等待状态，直到被唤醒。 - **终止（Terminated）**：`run()`方法执行完毕或抛出未捕获异常，线程结束。 Java5.0引入了`java.nio`包，提供了非阻塞I/O（Non-blocking I/O，简称NIO）支持，允许单个线程高效地处理多个输入/输出流，这对于并行和并发编程非常有用。NIO的关键组件包括： - **Channels**：用于读写数据的连接，可以连接到不同的数据源（如文件、套接字等）。 - **Buffers**：存储数据的容器，提供了一种高效管理内存的方式。 - **Selectors**：允许单个线程监视多个通道，以便在多个输入/输出事件发生时进行处理，提高了系统资源利用率。 使用NIO，开发者可以创建高性能的并发服务器，处理大量并发连接，而无需为每个连接创建单独的线程，从而避免了线程创建和销毁的开销，以及线程池的管理复杂性。 Java并行编程还包括同步机制，如`synchronized`关键字、`wait()`, `notify()`, `notifyAll()`方法，以及`java.util.concurrent`包中的高级并发工具，如`Semaphore`, `CyclicBarrier`, `CountDownLatch`, `ExecutorService`等，它们有助于管理线程间交互，防止数据竞争，提高程序的并发性能和正确性。 总结来说，Java线程与并行编程是通过`Thread`类和`Runnable`接口实现多线程，利用NIO进行高效I/O操作，并结合同步机制来管理和优化并发执行，以充分利用多核处理器的计算能力。