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在《Java中级教程》的进阶之路上，多线程与并发编程是一座必须翻越的高峰。随着多核处理器的普及，充分利用硬件资源、提升应用程序性能和响应能力，已成为现代软件开发的基本要求。Java从诞生之初就内置了对多线程的支持，使得开发者能够编写出同时执行多个任务的程序。然而，多线程编程并非易事，它带来了巨大的性能提升潜力的同时，也引入了线程安全、死锁、竞态条件等一系列复杂问题。掌握其核心原理和常用工具，是Java开发者从"会用"到"精通"的标志。

1. 线程的创建与生命周期

在Java中，创建线程主要有三种方式：继承Thread类、实现Runnable接口，以及实现Callable接口。

继承Thread类 ：这是最简单直接的方式。只需创建一个类继承Thread，并重写其run()方法，然后在main方法中创建该类的实例并调用start()方法即可。但由于Java是单继承，这种方式会限制类的扩展性，不推荐使用。
实现Runnable接口 ：这是更常用、更灵活的方式。创建一个类实现Runnable接口，实现其run()方法，然后将该Runnable实例作为参数传递给Thread对象的构造函数。这种方式避免了单继承的局限性，更符合面向对象的设计思想（将任务与线程执行机制分离）。

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    // 实现Runnable接口的任务类
    class MyTask implements Runnable {
        private String taskName;
        public MyTask(String name) { this.taskName = name; }

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(taskName + " 正在执行，计数: " + i);
                try {
                    Thread.sleep(500); // 模拟耗时操作
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public class RunnableDemo {
        public static void main(String[] args) {
            Thread t1 = new Thread(new MyTask("任务-1"));
            Thread t2 = new Thread(new MyTask("任务-2"));

            t1.start(); // 启动线程，JVM会调用run()方法
            t2.start();

            System.out.println("主线程继续执行...");
        }
    }

实现Callable接口 ：Callable接口与Runnable类似，但它的call()方法可以有返回值，并且可以抛出异常。要执行Callable任务，通常需要配合FutureTask使用，FutureTask包装了Callable对象，并实现了Future接口，可以用来获取异步计算的结果。

一个线程从创建到消亡，会经历新建、就绪、运行、阻塞和死亡五种状态。理解这个生命周期对于调试和设计多线程程序至关重要。

2. 线程安全与同步机制

当多个线程同时访问和修改同一个共享资源（如一个对象、一个静态变量）时，就可能出现数据不一致的问题，这就是线程安全问题。例如，两个线程同时对一个计数器进行加一操作，由于操作不是原子性的（包含"读取-修改-写入"三步），最终结果可能不是预期的2，而是1。

Java提供了synchronized关键字来解决这一问题，它是最基本的同步机制。synchronized可以修饰方法或代码块，确保在同一时刻，只有一个线程能够执行被它修饰的代码。

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class Counter {
    private int count = 0;

    // 使用synchronized修饰方法，保证方法的原子性
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class SynchronizedDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();

        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.increment();
            }
        };

        Thread t1 = new Thread(task);
        Thread t2 = new Thread(task);

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join(); // 等待t1线程执行完毕
        t2.join(); // 等待t2线程执行完毕

        System.out.println("最终计数: " + counter.getCount()); // 输出 2000
    }
}

在这个例子中，如果没有synchronized，count的最终值几乎肯定会小于2000。加上后，increment()方法变成了一个原子操作，保证了线程安全。synchronized的底层实现依赖于对象头中的Monitor（监视器）锁，也称为"内置锁"或"互斥锁"。

3. 高级并发工具包：java.util.concurrent

虽然synchronized简单易用，但在某些场景下，它的功能有限且性能可能不是最优。Java 5引入了java.util.concurrent（JUC）包，提供了一套功能强大、性能更优的并发工具。

ReentrantLock ：一个可重入的互斥锁，它比synchronized提供了更灵活的锁定操作，例如尝试获取锁（tryLock()）、可中断的锁获取（lockInterruptibly()）以及公平锁与非公平锁的选择。
ExecutorService（线程池） ：频繁地创建和销毁线程会带来巨大的性能开销。线程池通过复用已创建的线程，来降低资源消耗，提高响应速度。ExecutorService是Java线程池的核心接口，我们通常使用Executors工厂类来创建不同类型的线程池，如固定大小的线程池（newFixedThreadPool）、单线程化的线程池（newSingleThreadExecutor）等。

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    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;

    public class ThreadPoolDemo {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            // 创建一个固定大小为3的线程池
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                final int taskId = i;
                executor.submit(() -> {
                    System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在处理任务 " + taskId);
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
            }

            // 关闭线程池（不再接受新任务，但会完成已提交的任务）
            executor.shutdown();
            // 等待所有任务完成
            executor.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES);
            System.out.println("所有任务执行完毕。");
        }
    }

并发集合 ：如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。这些集合类通过更精细的锁策略（如分段锁、写时复制）来保证线程安全，其并发性能远高于使用synchronized包装的普通集合。

Java多线程与并发编程是一个广阔而深邃的领域。从基础的线程创建和synchronized同步，到高级的JUC工具包，每一步都需要大量的实践和思考。只有真正理解了其背后的原理，并能在实际项目中权衡利弊、做出合理选择，才能说真正掌握了Java并发编程的精髓，从而编写出高效、稳定、可伸缩的并发应用。