Debian Java多線程編程指南

在Java中進行多線程編程可以極大地提高程序的效率和響應性。以下是一個簡要的Java多線程編程指南，涵蓋了多線程的基礎概念、創建方式、線程池的使用以及線程安全與同步機制。

多線程基礎概念

• 線程與進程：進程是操作系統資源分配的基本單位，線程是CPU調度的最小單位。一個進程可以包含多個線程，線程間通信成本低于進程通信。
• 多線程核心價值：提升吞吐量、增強響應性、資源高效利用。

Java線程生命周期

Java線程的生命周期包括：新建（NEW）、可運行（RUNNABLE）、阻塞（BLOCKED）、等待（WAITING）、超時等待（TIMED_WAITING）和終止（TERMINATED）。

線程創建與管理

基礎創建方式

• 繼承Thread類：

  class MyThread extends Thread {
      public void run() {
          System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在執行");
      }
  }
  public class ThreadExample {
      public static void main(String[] args) {
          MyThread t1 = new MyThread();
          MyThread t2 = new MyThread();
          t1.start();
          t2.start();
      }
  }
  

• 實現Runnable接口（推薦）：

  class MyRunnable implements Runnable {
      public void run() {
          System.out.println("線程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在執行");
      }
  }
  public class RunnableExample {
      public static void main(String[] args) {
          Thread t1 = new Thread(new MyRunnable());
          Thread t2 = new Thread(new MyRunnable());
          t1.start();
          t2.start();
      }
  }
  

• Callable+Future（帶返回值）：

  ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
  Future<Integer> future = executor.submit(() -> {
      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
      return 42;
  });
  System.out.println(future.get());
  executor.shutdown();
  

線程池（ThreadPoolExecutor）

• 核心參數：
  • corePoolSize：常駐線程數
  • maximumPoolSize：最大線程數
  • keepAliveTime：空閑線程存活時間
  • TimeUnit：時間單位
  • workQueue：任務隊列（如ArrayBlockingQueue）
  • threadFactory：線程創建工廠
  • handler：拒絕策略
• 四種預定義線程池：
  • Executors.newCachedThreadPool()：彈性線程池
  • Executors.newFixedThreadPool(n)：固定大小
  • Executors.newSingleThreadExecutor()：單線程串行
  • Executors.newScheduledThreadPool(n)：定時任務

線程安全與同步機制

線程安全問題根源

• 原子性破壞
• 可見性問題
• 有序性問題

同步解決方案

• synchronized關鍵字：實例鎖、類鎖、同步代碼塊、臨界區代碼
• ReentrantLock（更靈活）：

  private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  public void method() {
      lock.lock();
      try {
          // 臨界區代碼
      } finally {
          lock.unlock();
      }
  }
  

• volatile關鍵字：保證可見性，禁止指令重排
• 原子類（AtomicXXX）：如AtomicInteger

并發工具類詳解

• CountDownLatch：倒計時門閂
• CyclicBarrier：循環柵欄
• Semaphore：信號量
• Exchanger：交換器

以上是一個簡要的Java多線程編程指南，涵蓋了多線程的基礎概念、創建方式、線程池的使用以及線程安全與同步機制。希望這些信息能幫助你更好地理解和實現Java多線程編程。