JAVA多线程编程与并发控制

简介: ```markdownJava多线程编程与并发控制关键点:1) 通过Thread或Runnable创建线程,管理线程状态;2) 使用synchronized关键字和ReentrantLock实现线程同步,防止数据竞争;3) 利用线程池(如Executors)优化资源管理,提高系统效率。并发控制需注意线程安全,避免死锁,确保程序正确稳定。```

一、引言


在Java编程中,多线程编程与并发控制是构建高效、响应迅速的应用程序的关键技术。多线程允许程序同时执行多个任务,提高了程序的执行效率。然而,多线程编程也带来了线程安全、数据竞争和死锁等问题,需要有效的并发控制手段来确保程序的正确性和稳定性。


二、Java多线程编程基础


1. 线程创建与启动


在Java中,创建线程主要有两种方式:通过继承Thread类或者实现Runnable接口。以下是一个简单的例子,通过继承Thread类来创建并启动一个线程:


```java
public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
        System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getId() + " 正在运行");
    }
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start(); // 启动线程
    }
}
```


2. 线程状态与生命周期


Java线程具有五种状态:新建(NEW)、就绪(RUNNABLE)、阻塞(BLOCKED)、等待(WAITING)、超时等待(TIMED_WAITING)和终止(TERMINATED)。线程的生命周期就是从新建状态开始,经历就绪、运行、阻塞等状态,最终到达终止状态。


3. 线程同步与通信


线程同步是指多个线程之间按照一定的顺序或规则来访问共享资源,以避免数据竞争和不一致。Java提供了synchronized关键字和wait/notify机制来实现线程同步与通信。


三、并发控制


1. synchronized关键字


synchronized关键字可以用来修饰方法或代码块,表示该方法或代码块在同一时刻只能被一个线程访问。这是Java提供的一种内置锁机制,用于保证线程安全。


```java
public class SynchronizedCounter {
    private int count = 0;
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}
```


2. ReentrantLock与Condition


除了synchronized关键字,Java还提供了ReentrantLock和Condition来实现更灵活的锁机制和线程通信。ReentrantLock是一个可重入的互斥锁,Condition可以与ReentrantLock配合使用,实现更复杂的线程同步与通信。


```java
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class BoundedBuffer<T> {
    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition notFull = lock.newCondition();
    private final Condition notEmpty = lock.newCondition();
    private final T[] items;
    private int putptr, takeptr, count;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public BoundedBuffer(int capacity) {
        items = (T[]) new Object[capacity];
    }
    public void put(T x) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == items.length) {
                notFull.await();
            }
            items[putptr] = x;
            if (++putptr == items.length) putptr = 0;
            ++count;
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
    public T take() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (count == 0) {
                notEmpty.await();
            }
            T x = items[takeptr];
            if (++takeptr == items.length) takeptr = 0;
            --count;
            notFull.signal();
            return x;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}
```


3. 线程池


线程池是一种多线程处理形式,处理过程中将任务添加到队列,然后在创建线程后自动启动这些任务。线程池线程都是后台线程。每个线程都使用默认的ThreadFactory创建一个新线程。通过Executor框架的工具类Executors来实现。


```java
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建一个固定大小的线程池
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("" + i);
            executor.execute(worker); // executor.submit(worker); // 也可以使用submit方法,它返回一个Future对象,可以用于获取任务的执行结果或取消任务的执行
        }
        executor.shutdown(); // 关闭线程池,不再接受新的任务
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("所有任务已完成");
    }
}
class WorkerThread implements Runnable {
    private String command;
    public WorkerThread(String s) {
        this.command = s;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 开始执行命令 : " + command);
        processCommand();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 结束执行命令");
    }
    private void processCommand() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    @Override
    public String toString() {
        return this.command;
    }
}
```


四、总结


Java多线程编程与并发控制是构建高效应用程序的关键技术。通过创建线程、管理线程状态和使用同步机制,我们可以实现多任务的并行执行。同时,利用线程池可以更加高效地管理线程资源,提高系统的响应速度和吞吐量。


然而,多线程编程也带来了线程安全和并发控制的问题。我们需要深入理解Java的并发模型,掌握同步机制的使用,以及合理设计并发数据结构,以确保程序的正确性和稳定性。


在实际开发中,我们应该根据具体的业务场景和需求来选择合适的并发控制策略。同时,我们也应该关注Java并发编程的最佳实践,如避免死锁、减少锁竞争、合理利用缓存等,以提高程序的性能和可扩展性。


随着Java并发编程技术的不断发展和完善,我们相信未来会有更多的高效、稳定、易用的并发控制工具和框架出现,为Java开发者带来更多的便利和选择。

相关文章
|
20小时前
|
Java
死锁是线程间争夺资源造成的无限等待现象,Java示例展示了两个线程各自持有资源并等待对方释放,导致死锁。`
【6月更文挑战第20天】死锁是线程间争夺资源造成的无限等待现象,Java示例展示了两个线程各自持有资源并等待对方释放,导致死锁。`volatile`保证变量的可见性和部分原子性,确保多线程环境中值的即时更新。与`synchronized`相比,`volatile`作用于单个变量,不保证原子操作,同步范围有限,但开销较小。`synchronized`提供更全面的内存语义,保证原子性和可见性,适用于复杂并发控制。
10 3
|
1天前
|
Java 开发者
JAVA多线程初学者必看:为何选择继承Thread还是Runnable,这其中有何玄机?
【6月更文挑战第19天】在Java中创建线程,可选择继承Thread类或实现Runnable接口。继承Thread直接运行,但限制了多重继承;实现Runnable更灵活,允许多线程共享资源且利于代码组织。推荐实现Runnable接口,以保持类的继承灵活性和更好的资源管理。
|
1天前
|
Java
JAVA多线程深度解析:线程的创建之路,你准备好了吗?
【6月更文挑战第19天】Java多线程编程提升效率,通过继承Thread或实现Runnable接口创建线程。Thread类直接继承启动简单,但限制多继承;Runnable接口实现更灵活,允许类继承其他类。示例代码展示了两种创建线程的方法。面对挑战,掌握多线程,让程序高效运行。
|
1天前
|
安全 Java 调度
Java并发编程:优化多线程应用的性能与安全性
在当今软件开发中,多线程编程已成为不可或缺的一部分,尤其在Java应用程序中更是如此。本文探讨了Java中多线程编程的关键挑战和解决方案,重点介绍了如何通过合理的并发控制和优化策略来提升应用程序的性能和安全性,以及避免常见的并发问题。
10 1
|
15小时前
|
缓存 安全 Java
java线程面试题2019最新整理
java线程面试题2019最新整理
|
1天前
|
Java
你还在单线程里奋斗?来看看 Java 多线程创建的魅力!
【6月更文挑战第19天】单线程程序中任务依次执行导致效率低,而Java多线程可并行处理任务,提高效率。在示例中,多线程版本并行运行三个任务,减少总耗时,展示出多线程在处理并发和提升响应速度上的优势。使用`Thread`类创建线程,通过`start()`启动,`join()`确保所有线程执行完毕,揭示了多线程在编程中的强大潜力。
|
1天前
|
Java 开发者
线程的诞生之路:Java多线程创建方法的抉择与智慧
【6月更文挑战第19天】Java多线程编程中,开发者可选择继承Thread类或实现Runnable接口。继承Thread直接但受限于单继承,适合简单场景;实现Runnable更灵活,支持代码复用,适用于如银行转账这类需多线程处理的复杂任务。在资源管理和任务执行控制上,Runnable接口通常更优。
|
1天前
|
Java
Java 多线程新手必读:线程的创建技巧与陷阱
【6月更文挑战第19天】Java多线程初学者须知:创建线程可通过继承`Thread`或实现`Runnable`接口。继承`Thread`限制单继承,实现`Runnable`更灵活。记得调用`start()`而非`run()`启动线程,避免并发问题时需正确同步共享资源。示例代码展示两种创建方式及未同步导致的问题。
|
1天前
|
Java
揭秘!为何Java多线程中,继承Thread不如实现Runnable?
【6月更文挑战第19天】在Java多线程中,实现`Runnable`比继承`Thread`更佳,因Java单继承限制,`Runnable`可实现接口复用,便于线程池管理,并分离任务与线程,提高灵活性。当需要创建线程或考虑代码复用时,实现`Runnable`是更好的选择。
|
1天前
|
Java 开发者
从菜鸟到大神:Java 多线程创建的两大流派,你属于哪一种?
【6月更文挑战第19天】Java多线程编程中,创建线程有两种主要方式:继承`Thread`类和实现`Runnable`接口。继承`Thread`直接重写`run()`,简单易懂,但限制了单继承。实现`Runnable`接口更灵活,允许多接口实现,利于资源共享和代码组织。新手可能偏好继承,但高手常选`Runnable`以遵循面向对象设计。不断学习和实践,才能在Java多线程领域深化。