Java线程与线程池
引言
Java是一门广泛应用于软件开发的高级编程语言，其多线程支持使得开发者能够利用多核处理器的优势，实现并发执行的程序。
目录
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线程基础
- 1.1 什么是线程
- 1.2 线程的生命周期
- 1.3 创建线程的方式
-
线程同步与通信
- 2.1 线程同步
- 2.2 线程通信
-
Java线程池
- 3.1 线程池的概念
- 3.2 线程池的优势
- 3.3 线程池的实现
- 3.4 线程池的使用
1. 线程基础
1.1 什么是线程
线程是程序执行的最小单元，它是进程的一部分，一个进程可以包含多个线程。线程之间可以并发执行，共享进程的资源。线程的优势在于能够充分利用多核处理器，提高程序的执行效率。
1.2 线程的生命周期
Java线程的生命周期包括以下状态：
- 新建（New）：线程被创建但还未开始执行。
- 运行（Runnable）：线程正在执行或等待CPU时间片。
- 阻塞（Blocked）：线程等待某个条件的满足，在此状态下不会消耗CPU时间片。
- 等待（Waiting）：线程等待其他线程的通知，处于等待状态的线程可以被其他线程唤醒。
- 超时等待（Timed Waiting）：线程等待一段指定的时间后自动恢复运行。
- 终止（Terminated）：线程执行完毕或出现异常终止。
1.3 创建线程的方式
在Java中，有两种主要的方式来创建线程：
- 继承Thread类：通过继承Thread类并重写run()方法来创建线程。
- 实现Runnable接口：实现Runnable接口，并将其实例传递给Thread类的构造函数。
以下是使用继承Thread类和实现Runnable接口创建线程的示例代码：
// 使用继承Thread类创建线程
class MyThread extends Thread {
public void run() {
// 线程执行的代码
}
}
// 使用实现Runnable接口创建线程
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
// 线程执行的代码
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程对象并启动线程
MyThread thread1 = new MyThread();
thread1.start();
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread2 = new Thread(runnable);
thread2.start();
}
}
2. 线程同步与通信
2.1 线程同步
多个线程访问共享资源时，可能会导致数据不一致或者竞态条件。为了避免这种情况，需要进行线程同步。
Java提供了关键字synchronized和volatile来实现线程同步。synchronized关键字用于修饰方法或代码块，保证同一时刻只有一个线程执行被修饰的代码。volatile关键字用于修饰变量，保证变量的可见性，每次访问都从主内存中读取最新值。
以下是使用synchronized关键字实现线程同步的示例代码：
class Counter {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Counter counter = new Counter();
// 创建多个线程对计数器进行操作
// ...
// 等待所有线程执行完毕
// ...
}
}
2.2 线程通信
线程通信是指多个线程之间传递消息或共享数据的过程。Java提供了wait()、notify()和notifyAll()等方法来实现线程之间的通信。
-
wait()方法使线程进入等待状态，并释放锁资源。 -
notify()方法唤醒正在等待的线程中的一个线程。 -
notifyAll()方法唤醒正在等待的所有线程。
以下是使用线程通信实现生产者-消费者模型的示例代码：
class Buffer {
private int data;
private boolean available = false;
public synchronized void produce(int newData) {
while (available) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
data = newData;
available = true;
notifyAll();
}
public synchronized int consume() {
while (!available) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
available = false;
notifyAll();
return data;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Buffer buffer = new Buffer();
// 创建生产者线程和消费者线程
// ...
// 等待所有线程执行完毕
// ...
}
}
3. Java线程池
3.1 线程池的概念
线程池是一种管理和复用线程的机制。它预先创建一组线程，并维护一个任务队列，用于存储待执行的任务。当有任务需要执行时，线程池会从任务队列中获取一个空闲线程来执行任务，执行完毕后线程会返回线程池以供重用。
3.2 线程池的优势
使用线程池有以下优势：
- 降低线程创建和销毁的开销：线程的创建和销毁是比较昂贵的操作，使用线程池可以避免频繁创建和销毁线程，提高系统性能。
- 控制并发线程数：线程池可以限制系统中并发线程的数量，防止过多的线程竞争导致系统资源耗尽。
- 提供任务排队和调度机制：线程池可以管理任务队列，按照一定的策略调度任务执行，避免任务过载导致系统崩溃。
3.3 线程池的实现
Java提供了java.util.concurrent包下的Executor接口和ThreadPoolExecutor类来实现线程池。
Executor接口是线程池的顶层接口，定义了线程池的基本操作方法，如执行任务、关闭线程池等。
ThreadPoolExecutor类是Executor接口的实现类，提供了线程池的具体实现。可以通过构造函数指定线程池的核心线程数、最大线程数、任务队列等参数。
以下是创建线程池并执行任务的示例代码：文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-610000.html
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
// 提交任务给线程池执行
for (int i = 0; i < 10; i++) {
executor.execute(new Task(i));
}
// 关闭线程池
executor.shutdown();
}
static class Task implements Runnable {
private int taskId;
public Task(int taskId) {
this.taskId = taskId;
}
public void run() {
System.out.println("Task " + taskId + " is running.");
}
}
}
3.4 线程池的使用
使用线程池可以简化多线程编程，以下是线程池的常用操作：文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-610000.html
- 创建线程池：可以通过
Executors类提供的工厂方法创建线程池，如newFixedThreadPool()、newCachedThreadPool()等。 - 提交任务：通过调用线程池的
execute()方法或submit()方法，将任务提交给线程池执行。 - 关闭线程池：在不再需要使用线程池时，应调用线程池的
shutdown()方法来关闭线程池，释放资源。
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