在现代软件开发中，多线程编程已成为提高应用程序性能的重要手段之一。Java作为一门广泛使用的编程语言，其对多线程的支持非常全面且强大。本文旨在为读者提供一个关于Java多线程编程及其并发控制的全面概述。
一、多线程基础
1. 线程定义
在操作系统层面，线程是CPU调度的基本单位；而在程序设计领域，则可以将其视为轻量级的进程。每个线程共享同一进程的资源（如内存空间），但拥有独立的执行路径。
2. 线程生命周期
一个典型的线程从创建到结束会经历以下几个阶段：新建(New) -> 可运行(Runnable) -> 运行中(Running) -> 阻塞(Blocked) -> 死亡(Terminated)。理解这一点对于正确管理线程至关重要。
3. Java中的线程创建
- 继承Thread类：通过扩展
java.lang.Thread类并重写run()方法来定义新的行为。 - 实现Runnable接口：创建一个实现了
Runnable接口的实例，并将其传递给Thread对象。这种方式更加灵活，因为它允许类同时继承其他父类。 - 使用Callable接口及FutureTask包装器：适用于需要返回结果或者抛出异常的情况。
二、并发控制机制
为了确保数据一致性并避免竞争条件等问题，在多线程环境下进行适当的同步是非常必要的。Java提供了几种不同的工具来实现这一目标：
1. synchronized关键字
最直接的方式是在方法前加上synchronized修饰符，这样当某个线程正在访问该方法时，其他任何试图调用该方法的线程都必须等待直到当前线程释放锁为止。
2. wait(), notify(), notifyAll()
这三个方法通常与synchronized配合使用，用于更细粒度地控制线程间通信。例如，wait()可以让持有对象监视器的线程进入等待状态；而notify()/notifyAll()则负责唤醒一个或所有正在等待该对象的线程。
3. ReentrantLock & Condition
相比于内置的synchronized, java.util.concurrent.locks.ReentrantLock提供了更高的灵活性，比如可以尝试获取锁而不必立即阻塞、能够响应中断等。此外，它还引入了Condition接口以替代传统的Object级别的等待/通知模式。
三、常见并发问题及解决方案
尽管有了上述各种强大的工具，但在实际应用中仍然可能会遇到一些棘手的问题：
- 死锁：指两个或多个进程互相等待对方持有的资源而造成的永久阻塞现象。预防措施包括遵循固定的加锁顺序、尽量减少持有锁的时间等。
- 竞态条件：当多个操作同时修改同一变量时可能出现不一致的结果。解决方法是确保所有相关操作都在临界区内完成，即受到互斥保护。
- 饥饿：某些线程长时间得不到执行机会。可以通过公平队列等方式改善这种情况。
总之，掌握好Java中的多线程技术和并发控制策略对于开发出高效稳定的软件系统至关重要。希望本文能帮助大家更好地理解和运用这些知识。
