Java多線程基礎

Java多線程是Java語言中的一項重要特性。多線程允許程序並發執行多個任務，讓程序能夠更高效地利用計算資源和提高相應速度。本文將從多個方面闡述Java多線程基礎，包括線程創建、狀態轉換、同步與鎖、線程池等。

一、線程創建

Java多線程的創建有兩種方式：繼承Thread類和實現Runnable接口。推薦使用實現Runnable接口的方式，因為這種方式可以更好地遵循面向對象設計原則，以及可以避免Java不支持多重繼承的問題。

1. 繼承Thread類

public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        //  這裡放置線程需要執行的代碼
    }
}

// 創建線程實例並啟動
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();

上述代碼定義了一個線程類MyThread，重寫了父類Thread中的run()方法，該方法中存放了線程需要執行的方法。創建線程實例後，調用start()方法啟動線程。需要注意的是，直接調用run()方法不會啟動一個新的線程，而是在當前線程中執行run()方法。

2. 實現Runnable接口

public class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        //  這裡放置線程需要執行的代碼
    }
}
// 創建線程實例並啟動
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start();

上述代碼定義了一個實現了Runnable接口的線程類MyRunnable。創建線程實例時，傳入實例化的MyRunnable對象，並調用該線程的start()方法啟動線程。

二、線程狀態轉換

線程在執行的過程中會發生狀態，常見的狀態有5種：新建狀態、可運行狀態、阻塞狀態、等待狀態、終止狀態。線程狀態轉換如下：

1. 線程狀態獲取

線程狀態可以使用getState()方法獲得。該方法返回一個Thread.State枚舉值，該枚舉中定義了線程的所有狀態。示例代碼如下：

Thread thread = new Thread(() -> {
    //  執行任務
});
thread.start();
Thread.State state = thread.getState();   // 獲取線程狀態

2. 線程狀態轉換演示

通過以下代碼，可以演示線程狀態的轉換過程：

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Thread t = new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"線程已啟動");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"線程已結束");
        });
        System.out.println(t.getName()+" 線程狀態："+t.getState()); // NEW
        t.start();
        System.out.println(t.getName()+" 線程狀態："+t.getState()); // RUNNABLE
        Thread.sleep(500);
        System.out.println(t.getName()+" 線程狀態："+t.getState()); // TIMED_WAITING
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println(t.getName()+" 線程狀態："+t.getState()); // TERMINATED
    }
}

運行結果：

Thread-0 線程狀態：NEW
Thread-0 線程狀態：RUNNABLE
Thread-0 線程狀態：TIMED_WAITING
Thread-0 線程狀態：TERMINATED

三、同步與鎖

在多線程運行中，可能存在多個線程同時訪問共享資源的情況，會導致數據不一致的問題。為了避免這種情況，需要使用同步與鎖機制。

1. synchronized同步

synchronized是一種保證線程安全的機制，它可以修飾方法和代碼塊。在方法上添加synchronized關鍵字，可以實現對整個方法的同步。

public synchronized void synchronizedMethod() {
    //  synchronize方法體
}

在代碼塊上添加synchronized關鍵字，可以實現對指定代碼塊的同步。

public void method(){
    synchronized(this){
        //  synchronize代碼塊
    }
}

2. Lock鎖機制

Lock是JDK提供的另一種線程同步機制，相比synchronized，Lock鎖更加靈活，能夠實現更細粒度的鎖定。一個Lock鎖可以同時被多個線程持有，線程使用完後必須釋放鎖。

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();   //  上鎖
try {
    //  lock代碼塊
} finally {
    lock.unlock();  //  釋放鎖
}

四、線程池

在進行多線程編程時，經常使用線程池來提高執行效率。Java語言提供了線程池的支持，可以充分利用CPU，提高程序的執行效率。

1. ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor是Java中的線程池實現，它可以自動管理和調度線程，並且可以實現線程池定製化，非常靈活。以下是ThreadPoolExecutor的構造函數：

ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,        //  線程池中核心線程數
    int maximumPoolSize,    //  線程池中最大線程數
    long keepAliveTime,     //  非核心線程空閑時間
    TimeUnit unit,          //  keepAliveTime的單位
    BlockingQueue workQueue,   //  任務隊列
    ThreadFactory threadFactory,         //  線程工廠
    RejectedExecutionHandler handler      //  任務被拒絕時的處理方式
)

2. 線程池示例

以下代碼演示了如何使用線程池實現多線程：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
for(int i = 0; i  {
        //  執行任務
    });
}
executorService.shutdown();

以上代碼創建了一個FixedThreadPool類型的線程池，指定了線程池中核心線程數為5，最大線程數為5，當線程空閑時間達到1秒時，非核心線程將被回收。線程池接受10個任務，通過execute()方法執行任務，線程池在執行完任務後將被關閉。

總結

本文介紹了Java多線程的基礎知識，包括線程的創建、狀態轉換、同步與鎖、線程池等方面。通過學習和實踐，可以更好地掌握Java多線程編程。