深入理解Java中的多线程编程

一、基本概念

1. 进程与线程的区别

   • 进程是操作系统分配资源的最小单位，拥有独立的内存空间。
   • 线程是CPU调度的最小单位，同一进程下的线程共享进程资源。

2. 为什么要使用多线程

   • 提高程序执行效率，充分利用CPU资源。
   • 增强程序的响应性，避免程序在执行耗时操作时失去响应。

二、线程创建

1. 继承Thread类

   • 自定义一个类，继承自Thread类，重写run()方法。
   • 创建该类的对象，并调用start()方法启动线程。

2. 实现Runnable接口

   • 定义一个类实现Runnable接口，实现其run()方法。
   • 创建Thread类对象，将实现了Runnable接口的类对象作为参数传递给Thread类构造方法。
   • 调用Thread对象的start()方法启动线程。

三、线程生命周期

1. 新建（New）：线程对象创建后，但尚未调用start()方法。
2. 就绪（Runnable）：线程对象调用了start()方法，等待CPU调度。
3. 运行（Running）：线程获得CPU控制权，执行run()方法中的代码。
4. 阻塞（Blocked）：线程因等待某些资源而被阻塞，如等待I/O操作完成。
5. 等待（Waiting）：线程因调用wait()方法而进入等待状态，需要其他线程唤醒。
6. 计时等待（Timed Waiting）：线程因调用sleep()或wait(long timeout)方法而进入计时等待状态。
7. 终止（Terminated）：线程执行完毕或因异常退出。

四、线程同步与通信

1. 同步的概念

   • 当多个线程访问共享资源时，需要确保同一时刻只有一个线程能访问该资源，以保证数据的一致性。

2. synchronized关键字

   • 用于修饰方法或代码块，确保同一时刻只有一个线程能执行被修饰的方法或代码块。

3. wait()、notify()和notifyAll()方法

   • wait()：让当前线程释放对象锁，进入等待状态，直到其他线程调用相同对象的notify()或notifyAll()方法唤醒。
   • notify()：唤醒在该对象上等待的单个线程。
   • notifyAll()：唤醒在该对象上等待的所有线程。

五、线程间通信

1. join()方法

   • 让当前线程等待另一个线程执行完毕，常用于主线程等待子线程执行完毕的场景。

2. 生产者消费者问题

   • 通过wait()、notify()或notifyAll()方法解决生产者和消费者之间的协调问题。

六、注意事项

1. 避免死锁：死锁是指多个线程在执行过程中，因互相等待对方释放资源而导致的永久阻塞现象。可以通过按顺序申请资源、设置超时时间等手段避免死锁。

2. 减少锁的竞争：尽量减少对共享资源的锁定时间和范围，降低线程竞争锁的概率。

3. 合理选择线程数量：根据任务特点和系统资源，合理设置线程数量，避免过多线程导致的上下文切换开销。