Java多线程学习总结

在Java中，多线程编程是一种重要的编程模型，它允许程序同时执行多个任务，从而提高了程序的执行效率和响应速度。

一、基本概念

进程与线程：进程是系统分配资源的基本单位，它包含了程序执行所需的资源，如代码、数据、系统资源等。而线程是CPU调度的基本单位，它是进程中的一个执行单元，负责执行进程中的一段代码。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的资源。
并发与并行：并发是指多个任务在同一时间段内交替执行，而并行是指多个任务在同一时刻同时执行。在多核CPU的系统中，可以实现真正的并行执行，而在单核CPU的系统中，只能实现并发执行。

二、线程的三种创建方式

1.继承Thread类

通过继承Thread类并重写其run()方法，可以创建自定义的线程类。然后，创建该线程类的实例，并调用其start()方法即可启动线程。

优点：

代码简单明了，易于理解。
可以直接调用Thread类中的方法，如start(), run(), interrupt(), isInterrupted()等。

缺点：

Java不支持多重继承，如果继承了Thread类，那么就不能再继承其他类。
线程任务与代码耦合度高，不利于代码的复用和扩展。

示例:

运行结果

2.实现Runnable接口

通过实现Runnable接口并重写其run()方法，也可以创建线程。这种方式更加灵活，因为Java不支持多继承，但可以实现多个接口。通常，我们会将线程的任务逻辑封装在一个实现了Runnable接口的类中，然后将其作为参数传递给Thread类的构造函数来创建线程。

优点：

避免了单继承的局限性，因为Java类可以实现多个接口。
任务代码与线程代码分离，有利于代码的复用和扩展。
可以通过共享Runnable实例来创建多个线程执行相同的任务。

缺点：

编写代码时稍微复杂一些，需要额外创建Thread对象。

示例：

运行结果

3.使用Callable与Future接口

创建一个实现Callable接口的类，这个类中的call()方法会包含线程要执行的代码。然后，你可以创建一个Thread对象，并将Callable对象包装在FutureTask中作为Thread的目标来执行。FutureTask实现了Future接口，允许你在主线程中等待Callable任务的完成并获取其结果。

优点：

Callable接口可以返回执行结果，并且可以声明抛出异常。
通过Future接口可以获取Callable执行结果的状态，并且可以获取执行的结果。

缺点：

相比Runnable接口，代码稍微复杂一些。

示例：

开启一个线程，计算0到100的和，并将结果输出到控制台。

运行结果

三、线程的生命周期

线程的生命周期主要可以分为以下几个阶段：

新建状态：当线程对象被创建，但尚未调用其start()方法时，线程处于新建状态。此时，线程已经完成了初始化，但还没有开始执行。
就绪状态：当线程调用start()方法后，线程进入就绪状态。这意味着线程已经做好了运行准备，等待CPU的调度。
运行状态：当线程获得CPU时间片并开始执行时，线程进入运行状态。此时，线程正在执行其任务。
阻塞状态：线程因为某种原因（如等待I/O操作完成、等待获取锁等）暂时放弃CPU使用权，进入阻塞状态。阻塞状态是线程生命周期中的一个重要环节，它允许线程在必要时暂停执行，以便其他线程或系统资源可以得到使用。
等待状态：当线程需要等待某些条件满足时（如等待其他线程的通知或某个变量的值发生变化），线程会进入等待状态。
计时等待状态：这是等待状态的一种特殊情况，线程在等待时会设置一个超时时间。如果在超时时间内条件没有满足，线程会自动醒来并继续执行。
终止状态：当线程完成了任务或因为异常等原因退出时，线程进入终止状态。这标志着线程生命周期的结束。

四、线程同步与通信

多线程编程中，线程同步与通信是一个重要的问题。由于多个线程可能同时访问共享资源，如果没有适当的同步机制，就可能导致数据不一致或其他不可预测的问题。

Java提供了多种同步机制：

synchronized关键字：可以用来修饰方法或代码块，确保同一时刻只有一个线程能够执行被修饰的代码。
wait/notify/notifyAll方法：这些方法用于线程间的通信。wait()方法使当前线程等待，直到其他线程调用该对象的notify()或notifyAll()方法。notify()方法唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，而notifyAll()方法则唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
Lock接口：Java 5引入了Lock接口及其实现类，提供了比synchronized更灵活的锁机制。Lock接口的实现类包括ReentrantLock等。

通过合理使用Java提供的同步和通信机制，可以编写出高效且稳定的多线程程序。