深入理解 Java 多线程、Lambda 表达式及线程安全最佳实践

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简介: 线程使程序能够通过同时执行多个任务而更有效地运行。线程可用于在不中断主程序的情况下在后台执行复杂的任务。创建线程有两种创建线程的方式。扩展Thread类可以通过扩展Thread类并覆盖其run()方法来创建线程:

Java 线程

线程使程序能够通过同时执行多个任务而更有效地运行。

线程可用于在不中断主程序的情况下在后台执行复杂的任务。

创建线程

有两种创建线程的方式。

  1. 扩展Thread类

可以通过扩展Thread类并覆盖其run()方法来创建线程:

public class MyThread extends Thread {
   
  public void run() {
   
    System.out.println("This code is running in a thread");
  }
}
  1. 实现Runnable接口

另一种创建线程的方式是实现Runnable接口:

public class MyRunnable implements Runnable {
   
  public void run() {
   
    System.out.println("This code is running in a thread");
  }
}

运行线程

  1. 扩展Thread类

如果类扩展Thread类,则可以通过创建类的实例并调用其start()方法来运行线程:

public class Main {
   
  public static void main(String[] args) {
   
    MyThread myThread = new MyThread();
    myThread.start();
    System.out.println("This code is outside of the thread");
  }
}
  1. 实现Runnable接口

如果类实现了Runnable接口,则可以通过将类的实例传递给Thread对象的构造函数,然后调用线程的start()方法来运行线程:

public class Main {
   
  public static void main(String[] args) {
   
    MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
    Thread thread = new Thread(myRunnable);
    thread.start();
    System.out.println("This code is outside of the thread");
  }
}

区分“扩展”和“实现”线程

主要区别在于,当一个类扩展Thread类时,无法扩展任何其他类,但通过实现Runnable接口,可以扩展另一个类,例如:

class MyClass extends OtherClass implements Runnable

并发问题

因为线程与程序的其他部分同时运行,所以无法知道代码将按照什么顺序运行。当线程和主程序同时读取和写入相同的变量时,值是不可预测的。由此导致的问题称为并发问题。

示例

一个变量amount值不可预测的代码示例:

public class Main extends Thread {
   
  public static int amount = 0;

  public static void main(String[] args) {
   
    Main thread = new Main();
    thread.start();
    System.out.println(amount);
    amount++;
    System.out.println(amount);
  }

  public void run() {
   
    amount++;
  }
}

为避免并发问题,最好尽可能少地在线程之间共享属性。如果需要共享属性,一种可能的解决方案是在使用线程可以更改的任何属性之前,使用线程的isAlive()方法检查线程是否已完成运行。

示例

使用isAlive()防止并发问题:

public class Main extends Thread {
   
  public static int amount = 0;

  public static void main(String[] args) {
   
    Main thread = new Main();
    thread.start();
    // 等待线程完成
    while (thread.isAlive()) {
   
      System.out.println("Waiting...");
    }
    // 更新amount并打印其值
    System.out.println("Main program: " + amount);
    amount++;
    System.out.println("Main program: " + amount);
  }

  public void run() {
   
    amount++;
  }
}

线程池

线程池是一种管理线程的资源。它允许您创建并维护一组可重用的线程。使用线程池可以提高应用程序的性能和效率。

线程安全

线程安全是指多个线程可以访问和修改数据而不导致数据损坏。使数据线程安全的一种方法是使用同步。同步是一种机制,它允许线程一次一个地访问共享数据。

常见的线程安全问题

  • 竞态条件:当多个线程同时访问共享数据并尝试对其进行更改时,就会发生竞态条件。这可能导致数据损坏。
  • 原子性:原子操作是指不可分割的操作。当多个线程尝试同时执行原子操作时,可能会导致数据损坏。
  • 可见性:当一个线程对共享数据进行更改时,其他线程必须能够看到这些更改。

避免线程安全问题

  • 使用同步
  • 使用不可变对象
  • 使用原子操作

Java Lambda表达式

Lambda表达式简介

Lambda表达式是在Java 8中引入的。Lambda表达式是一小段代码块,它接受参数并返回一个值。Lambda表达式类似于方法,但它们不需要名称,并且可以直接在方法体中实现。

Lambda表达式的语法

最简单的Lambda表达式包含一个参数和一个表达式:

参数 -> 表达式

要使用多个参数,请将它们放在括号中:

(参数1, 参数2) -> 表达式

表达式是有限制的。它们必须立即返回一个值,并且不能包含变量、赋值或if或for等语句。为了执行更复杂的操作,可以使用带有花括号的代码块。如果Lambda表达式需要返回一个值,那么代码块应该有一个return语句。

(参数1, 参数2) -> {
    代码块 }

Lambda表达式的使用

Lambda表达式通常作为参数传递给函数。在以下示例中,Lambda表达式作为参数传递给ArrayList的forEach()方法,以打印列表中的每个项:

import java.util.ArrayList;

public class Main {
   
  public static void main(String[] args) {
   
    ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
    numbers.add(5);
    numbers.add(9);
    numbers.add(8

);
    numbers.add(1);
    numbers.forEach((n) -> {
    System.out.println(n); });
  }
}

Lambda表达式的存储

如果变量的类型是仅具有一个方法的接口,那么Lambda表达式可以存储在变量中。Lambda表达式应该具有与该方法相同数量的参数和相同的返回类型。Java内置了许多这类接口,如Consumer接口(在java.util包中),它被列表使用。

import java.util.ArrayList;
import java.util.function.Consumer;

public class Main {
   
  public static void main(String[] args) {
   
    ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();
    numbers.add(5);
    numbers.add(9);
    numbers.add(8);
    numbers.add(1);
    Consumer<Integer> method = (n) -> {
    System.out.println(n); };
    numbers.forEach(method);
  }
}

Lambda表达式作为方法参数

要在方法中使用Lambda表达式,该方法应该有一个以单一方法接口作为其类型的参数。调用接口的方法将运行Lambda表达式。

interface StringFunction {
   
  String run(String str);
}

public class Main {
   
  public static void main(String[] args) {
   
    StringFunction exclaim = (s) -> s + "!";
    StringFunction ask = (s) -> s + "?";
    printFormatted("Hello", exclaim);
    printFormatted("Hello", ask);
  }

  public static void printFormatted(String str, StringFunction format) {
   
    String result = format.run(str);
    System.out.println(result);
  }
}

Lambda表达式的优势

  • 简化代码
  • 提高可读性
  • 增强代码的表达力

Lambda 表达式是 Java 8 中引入的一项强大功能,可以简化代码并提高可读性。它们是函数式编程的重要组成部分,可以用于各种任务,例如数据处理、事件处理和流处理。

最后

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