Java系列：Java多线程编程经典问题详解，深入解析Java多线程生命周期、死锁、活锁与饥饿、守护线程等问题

多线程编程是Java语言中的一个高级主题，它在提高程序性能和响应性方面起着至关重要的作用。本文旨在帮助Java学习人员深入理解多线程的概念，并准备相关的技术面试。

线程与进程

在深入多线程之前，我们需要理解线程与进程的基本概念。进程是程序执行的一个实例，它拥有自己的内存空间和系统资源。而线程是进程内部的一个执行序列，是CPU调度和分派的基本单位。一个进程可以有多个线程，这些线程共享进程的资源，但每个线程有自己的栈空间和执行流。

线程的生命周期

Java中的线程具有明确的生命周期，包括以下几个状态：

• 新建（New）：当线程被创建但还未启动时的状态。
• 就绪（Runnable）：线程已经准备好运行，等待被线程调度器选中。
• 运行（Running）：线程正在执行。
• 阻塞（Blocked）：线程因为等待某些资源或条件而被挂起。
• 等待（Waiting）：线程无限期地等待另一个线程执行特定操作。
• 超时等待（Timed Waiting）：线程在一定时间内等待另一个线程的特定操作。
• 终止（Terminated）：线程完成了执行。
  理解线程的生命周期对于编写和调试多线程程序至关重要。

启动线程：run() vs start()

在Java中，启动线程应使用start()方法，而不是直接调用run()方法。start()方法会创建新的线程并执行run()方法中的代码，而直接调用run()方法则不会创建新的线程，而是在当前线程中执行。

Thread myThread = new Thread(() -> {
    System.out.println("Thread is running");
});
myThread.start(); // 正确的启动方式
// myThread.run(); // 错误的启动方式

死锁、活锁与饥饿

在多线程编程中，我们经常听到死锁、活锁和饥饿这三个术语。

• 死锁：当两个或多个线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，如果没有外力干涉它们都将无法继续执行下去。避免死锁的常见方法包括：保证资源的获取顺序、使用尝试获取资源的方法、设置超时时间等。
• 活锁：线程虽然没有被阻塞，但仍然会无法向前推进的情况，因为它们在执行过程中不断重复相同的操作。
• 饥饿：线程因为无法获得所需的资源而无法执行的情况。
  理解这些概念有助于我们编写更加健壮的多线程程序。

守护线程

守护线程是一类特殊的线程，当程序中只剩下守护线程时，程序会退出。例如，垃圾回收线程就是一个守护线程。可以通过调用Thread.setDaemon(true)将线程设置为守护线程。

Thread daemonThread = new Thread(() -> {
    while (true) {
        System.out.println("Daemon Thread is running");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
});
daemonThread.setDaemon(true);
daemonThread.start();

同步与异步

在多线程编程中，同步和异步是两个重要的概念。

• 同步：一个任务的执行需要等待另一个任务执行完成后才能继续执行。同步操作通常涉及到锁和监视器，以确保数据的一致性。
• 异步：两个任务互相独立，一个任务的执行不需要等待另一个任务。异步操作通常通过回调、Future或CompletableFuture来实现。

竞态条件

竞态条件是指程序的执行结果依赖于事件或者线程的顺序时序。这种情况下，多个线程可能会读取到不一致或错误的数据。为了避免竞态条件，我们需要使用同步机制来保证共享资源的正确访问。

synchronized (lockObject) {
    // 访问共享资源
}

wait()和notify()

wait()方法使当前线程等待，直到另一个线程调用同一对象的notify()或notifyAll()方法。notify()方法唤醒正在等待对象监视器的单个线程。这些方法是对象级别的，而不是线程级别的。

synchronized (lockObject) {
    lockObject.wait(); // 等待
    // 唤醒后的操作
}

ThreadLocal

ThreadLocal类提供了线程局部变量。这些变量在每个线程中都有独立初始化的副本，因此不会受到其他线程的影响。ThreadLocal通常用于管理线程级别的状态，如数据库连接或事务信息。

ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();
threadLocal.set("Hello, ThreadLocal!");
String value = threadLocal.get();

总结

多线程编程是Java高级开发人员的必备技能。通过理解线程和进程的基本概念、