Day19--Java多线程编程入门学习

1. 什么是多线程？

多线程是一种并发编程技术，它允许程序同时执行多个线程。线程是程序执行的基本单位，一个程序至少有一个线程，即主线程。通过使用多线程，可以在一个程序中同时处理多个任务，提高程序的效率和响应能力。

2. 为什么要使用多线程？

提升性能：在多核处理器上，多线程可以将任务分配到不同的核心上，充分利用硬件资源，提高程序的执行速度。
增强响应性：在用户界面程序中，使用多线程可以使主线程继续响应用户操作，而后台线程处理耗时的任务，避免程序"卡顿"。
任务分离：将复杂的任务分解成多个线程，可以使程序结构更清晰，便于维护和管理。

3. 如何在Java中使用多线程？

Java提供了两种主要的方式来创建线程：

继承Thread类 ：

通过继承Thread类并重写run()方法来定义线程的执行逻辑。
java 复制代码
```
public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread is running");
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread thread = new MyThread();
        thread.start(); // 启动线程
    }
}
```
在这个例子中，MyThread类继承了Thread类，并重写了run()方法。调用start()方法来启动线程，run()方法中的代码会在新线程中执行。

实现Runnable接口 ：

实现Runnable接口并将其作为参数传递给Thread构造函数。

java 复制代码

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Runnable thread is running");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
        thread.start(); // 启动线程
    }
}

这里，MyRunnable实现了Runnable接口，并重写了run()方法。然后创建Thread对象，将MyRunnable实例传递给构造函数，并调用start()方法启动线程。

4. 线程的生命周期

线程在Java中有以下几种状态：

新建（New） ：线程对象创建后尚未调用start()方法。
就绪（Runnable） ：线程调用了start()方法，但尚未获得CPU时间片。
运行（Running） ：线程获得了CPU时间片并开始执行run()方法中的代码。
阻塞（Blocked）：线程在等待某些资源时被阻塞。
等待（Waiting）：线程处于无限期等待状态，直到被唤醒。
超时等待（Timed Waiting）：线程在等待指定时间后自动返回。
终止（Terminated）：线程执行完毕或因异常终止。

5. 线程同步

在多线程程序中，多个线程可能会访问共享资源，导致数据不一致。为了防止这种情况，Java提供了同步机制：

synchronized关键字：用于保证同一时刻只有一个线程可以访问被同步的代码块或方法。
java 复制代码
```
public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}
```
在这个例子中，increment()和getCount()方法被 synchronized修饰，确保在任何时候只有一个线程可以执行这些方法。

Lock接口 ：提供了比synchronized更灵活的同步机制。

java 复制代码

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Counter {
    private int count = 0;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getCount() {
        lock.lock();
        try {
            return count;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

Lock接口提供了更多控制线程同步的功能，例如尝试获取锁或设置超时。

6. 线程的通信

线程之间可能需要协调工作。Java提供了以下方法来实现线程间通信：

wait() ：使当前线程等待，直到其他线程调用notify()或notifyAll()方法。
notify()：唤醒一个正在等待的线程。

notifyAll()：唤醒所有等待的线程。

java 复制代码

public class SharedResource {
    private boolean available = false;

    public synchronized void waitForResource() throws InterruptedException {
        while (!available) {
            wait();
        }
        available = false;
    }

    public synchronized void releaseResource() {
        available = true;
        notify();
    }
}

在这个例子中，waitForResource()方法会使线程等待，直到available为true。releaseResource()方法则会通知等待的线程资源已可用。

7. 总结

多线程编程是Java中一个强大的特性，它能够提高程序的性能和响应能力。了解如何创建和管理线程，以及如何处理线程同步和通信，是编写高效并发程序的关键。掌握这些基础知识后，你可以进一步学习更高级的并发工具和设计模式，如线程池、并发集合等。