深入理解 Java 多线程
深入理解 Java 多线程
1. 概述
Java 多线程编程是 Java 并发性的核心。通过合理地使用多线程，可以充分利用多核处理器、提高程序性能、提升用户体验。深入理解 Java 多线程包括了线程的创建、同步机制、线程安全、并发工具等多个方面。
2. 线程的创建
2.1 继承 Thread 类
class MyThread extends Thread {
public void run() {
// 线程执行的代码
}
}
// 创建并启动线程
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();
2.2 实现 Runnable 接口
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
// 线程执行的代码
}
}
// 创建线程并启动
Thread myThread = new Thread(new MyRunnable());
myThread.start();
2.3 Callable 和 Future
class MyCallable implements Callable<Integer> {
public Integer call() {
// 线程执行的代码
return result;
}
}
// 使用 ExecutorService 启动线程
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<Integer> future = executorService.submit(new MyCallable());
3. 同步机制
3.1 synchronized 关键字
public synchronized void synchronizedMethod() {
// 线程安全的代码块
}
3.2 Lock 接口
Lock lock = new ReentrantLock();
public void methodUsingLock() {
lock.lock();
try {
// 线程安全的代码块
} finally {
lock.unlock();
}
}
4. 线程安全性
4.1 不可变对象
确保对象的状态在创建后不可改变，可以避免很多线程安全性问题。
4.2 原子操作
使用 java.util.concurrent.atomic 包中的原子类，如 AtomicInteger，确保某个操作是原子性的。
5. 并发工具
5.1 CountDownLatch
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
// 在需要等待的地方调用
latch.await();
5.2 CyclicBarrier
CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3);
// 在需要等待的地方调用
barrier.await();
5.3 Semaphore
Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
// 获取许可
semaphore.acquire();
// 释放许可
semaphore.release();
5.4 Executors 框架
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
executorService.submit(new MyRunnable());
6. 线程池
6.1 Executors
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
6.2 ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
corePoolSize,
maximumPoolSize,
keepAliveTime,
TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()
);
executor.execute(new MyRunnable());
7. Java 内存模型
Java 内存模型（Java Memory Model，JMM）定义了 Java 虚拟机如何与内存交互。深入了解 JMM 对于编写正确的多线程程序至关重要。
8. 性能调优
性能调优包括减小锁的粒度、使用无锁数据结构、避免死锁等。工具如 VisualVM、jstack、jmap 等可以用于监控和调试。
9. 总结
深入理解 Java 多线程需要掌握线程的创建方式、同步机制、线程安全性、并发工具、线程池等多个方面。合理使用多线程可以提高程序性能，但也需要注意避免多线程的常见问题，如死锁、活锁、竞态条件等。理解 Java 内存模型和性能调优手段，能够更好地编写高效且稳定的多线程程序。