Java多线程梳理

在 Java 中，创建多线程的方式主要有以下几种：

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1. 继承 Thread 类

通过继承 Thread 类并重写 run() 方法来创建线程。

示例代码：

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程运行中: " + Thread.currentThread().getName());}
}public class Main {public static void main(String[] args) {MyThread thread = new MyThread();thread.start(); // 启动线程}
}

特点：

• 简单易用，适合简单的多线程任务。

• 由于 Java 是单继承，继承 Thread 类后会占用继承名额，不够灵活。

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2. 实现 Runnable 接口

通过实现 Runnable 接口并实现 run() 方法来创建线程。

示例代码：

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程运行中: " + Thread.currentThread().getName());}
}public class Main {public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(new MyRunnable());thread.start(); // 启动线程}
}

特点：

• 更灵活，因为可以实现多个接口，而不受单继承的限制。

• 适合需要共享资源的场景，因为多个线程可以共享同一个 Runnable 实例。

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3. 实现 Callable 接口

通过实现 Callable 接口并实现 call() 方法来创建线程。Callable 可以有返回值，并且可以抛出异常。

示例代码：

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.FutureTask;class MyCallable implements Callable<String> {@Overridepublic String call() throws Exception {return "线程运行结果: " + Thread.currentThread().getName();}
}public class Main {public static void main(String[] args) throws Exception {FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(new MyCallable());Thread thread = new Thread(futureTask);thread.start(); // 启动线程System.out.println(futureTask.get()); // 获取线程返回值}
}

特点：

• 支持返回值，适合需要获取线程执行结果的场景。

• 可以抛出异常，方便错误处理。

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4. 使用线程池（ExecutorService）

通过线程池管理线程的创建和执行，避免频繁创建和销毁线程的开销。

示例代码：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class Main {public static void main(String[] args) {ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5); // 创建固定大小的线程池for (int i = 0; i < 10; i++) {executor.execute(() -> {System.out.println("线程运行中: " + Thread.currentThread().getName());});}executor.shutdown(); // 关闭线程池}
}

特点：

• 高效管理线程资源，适合需要处理大量任务的场景。

• 支持多种线程池类型（如固定大小、缓存、定时任务等）。

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5. 使用 Lambda 表达式（Java 8+）

通过 Lambda 表达式简化 Runnable 或 Callable 的实现。

示例代码：

public class Main {public static void main(String[] args) {// 使用 Lambda 创建 RunnableThread thread = new Thread(() -> {System.out.println("线程运行中: " + Thread.currentThread().getName());});thread.start();}
}

特点：

• 代码简洁，适合简单的多线程任务。

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6. 使用 CompletableFuture（Java 8+）

通过 CompletableFuture 实现异步编程，支持链式调用和组合多个异步任务。

示例代码：

import java.util.concurrent.CompletableFuture;public class Main {public static void main(String[] args) {CompletableFuture.runAsync(() -> {System.out.println("异步任务运行中: " + Thread.currentThread().getName());}).join(); // 等待任务完成}
}

特点：

• 支持异步编程和任务组合。

• 适合复杂的多线程场景。

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7. 使用 ForkJoinPool（Java 7+）

通过 ForkJoinPool 实现分治任务，适合处理可以拆分的任务。

示例代码：

import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveAction;class MyTask extends RecursiveAction {@Overrideprotected void compute() {System.out.println("分治任务运行中: " + Thread.currentThread().getName());}
}public class Main {public static void main(String[] args) {ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();pool.invoke(new MyTask()); // 执行任务}
}

特点：

• 适合处理可以拆分的任务（如递归任务）。

• 自动利用多核 CPU 的优势。

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总结

Java 中创建多线程的方式主要有以下几种：

1. 继承 Thread 类

2. 实现 Runnable 接口

3. 实现 Callable 接口

4. 使用线程池（ExecutorService）

5. 使用 Lambda 表达式

6. 使用 CompletableFuture

7. 使用 ForkJoinPool

每种方式都有其适用场景，推荐根据具体需求选择合适的方式。对于现代 Java 开发，线程池和 CompletableFuture 是更推荐的选择，因为它们更高效、更灵活。

线程池是 Java 并发编程中非常重要的工具，它通过复用线程来减少线程创建和销毁的开销，从而提高系统性能。线程池的核心实现类是 ThreadPoolExecutor，其构造函数有七个核心参数，这些参数决定了线程池的行为和特性。

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线程池****的七个核心参数

1. corePoolSize（核心线程数）

• 含义：线程池中保持存活的最小线程数，即使这些线程处于空闲状态。

• 特点：

  • 线程池初始化时，默认没有线程，当有任务提交时才会创建线程。

  • 如果设置了 allowCoreThreadTimeOut 为 true，核心线程在空闲时也会被回收。

2. maximumPoolSize（最大线程数）

• 含义：线程池中允许存在的最大线程数。

• 特点：

  • 当任务数量超过核心线程数，并且工作队列已满时，线程池会创建新线程，直到线程数达到 maximumPoolSize。

  • 如果任务数量继续增加，线程池会触发拒绝策略。

3. keepAliveTime（线程空闲时间）

• 含义：当线程池中的线程数量超过 corePoolSize 时，空闲线程的存活时间。

• 特点：

  • 如果线程空闲时间超过 keepAliveTime，多余的线程会被回收，直到线程数等于 corePoolSize。

  • 如果 allowCoreThreadTimeOut 为 true，核心线程也会被回收。

4. unit（时间单位）

• 含义：keepAliveTime 的时间单位。

• 常用单位：

  • TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）

  • TimeUnit.SECONDS（秒）

  • TimeUnit.MINUTES（分钟）

5. workQueue（工作队列）

• 含义：用于存放待执行任务的阻塞队列。

• 常用队列类型：

  • LinkedBlockingQueue：无界队列（默认），任务数量不受限制，可能导致内存溢出。

  • ArrayBlockingQueue：有界队列，任务数量受队列容量限制。

  • SynchronousQueue：不存储任务的队列，任务直接提交给线程执行。

  • PriorityBlockingQueue：优先级队列，任务按优先级执行。

6. threadFactory（线程工厂）

• 含义：用于创建新线程的工厂。

• 特点：

  • 可以自定义线程的名称、优先级、是否为守护线程等。

  • 默认使用 Executors.defaultThreadFactory()。

7. handler（拒绝策略）

• 含义：当线程池无法处理新任务时的拒绝策略。

• 常用策略：

  • AbortPolicy（默认）：直接抛出 RejectedExecutionException 异常。

  • CallerRunsPolicy：由提交任务的线程直接执行该任务。

  • DiscardPolicy：直接丢弃任务，不抛出异常。

  • DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务，然后重新提交当前任务。

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线程池****的工作流程

1. 当提交一个新任务时：

   1. 如果当前线程数 < corePoolSize，创建新线程执行任务。

   2. 如果当前线程数 >= corePoolSize，将任务放入工作队列。

   3. 如果工作队列已满且当前线程数 < maximumPoolSize，创建新线程执行任务。

   4. 如果工作队列已满且当前线程数 >= maximumPoolSize，触发拒绝策略。

2. 当线程空闲时间超过 keepAliveTime 时：

   1. 如果当前线程数 > corePoolSize，回收多余线程。

   2. 如果 allowCoreThreadTimeOut 为 true，核心线程也会被回收。

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示例代码

import java.util.concurrent.*;public class ThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建线程池ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, // corePoolSize5, // maximumPoolSize60, // keepAliveTimeTimeUnit.SECONDS, // unitnew LinkedBlockingQueue<>(10), // workQueueExecutors.defaultThreadFactory(), // threadFactorynew ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // handler);// 提交任务for (int i = 0; i < 15; i++) {int taskId = i;executor.execute(() -> {System.out.println("任务 " + taskId + " 正在执行，线程: " + Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});}// 关闭线程池executor.shutdown();}
}

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总结

线程池的七个核心参数决定了线程池的行为和性能：

1. corePoolSize：核心线程数。

2. maximumPoolSize：最大线程数。

3. keepAliveTime：线程空闲时间。

4. unit：时间单位。

5. workQueue：工作队列。

6. threadFactory：线程工厂。

7. handler：拒绝策略。

合理配置这些参数可以优化线程池的性能，避免资源浪费和任务丢失。

在 Java 中，线程的状态是通过 Thread.State 枚举类来表示的。线程在其生命周期中会经历不同的状态，这些状态反映了线程当前的活动情况。以下是 Java 中线程的六种状态：

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1. NEW（新建）

• 描述：线程被创建但尚未启动。

• 触发条件：

  • 调用 new Thread() 创建线程对象，但尚未调用 start() 方法。

• 示例：

  Thread thread = new Thread(() -> {});
  System.out.println(thread.getState()); // 输出: NEW
  

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2. RUNNABLE****（可运行）

• 描述：线程正在 JVM 中执行，但可能正在等待操作系统资源（如 CPU）。

• 触发条件：

  • 调用 start() 方法后，线程进入 RUNNABLE 状态。

  • 线程可能正在运行，也可能在等待 CPU 时间片。

• 示例：

  Thread thread = new Thread(() -> {while (true) {}
  });
  thread.start();
  System.out.println(thread.getState()); // 输出: RUNNABLE
  

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3. BLOCKED（阻塞）

• 描述：线程被阻塞，等待获取监视器锁（monitor lock）。

• 触发条件：

  • 线程试图进入一个被其他线程持有的 synchronized 代码块或方法。

• 示例：

  Object lock = new Object();Thread thread1 = new Thread(() -> {synchronized (lock) {while (true) {}}
  });Thread thread2 = new Thread(() -> {synchronized (lock) {System.out.println("Thread 2 获取锁");}
  });thread1.start();
  Thread.sleep(100); // 确保 thread1 先获取锁
  thread2.start();
  Thread.sleep(100); // 确保 thread2 进入 BLOCKED 状态
  System.out.println(thread2.getState()); // 输出: BLOCKED
  

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4. WAITING（等待）

• 描述：线程无限期等待，直到被其他线程显式唤醒。

• 触发条件：

  • 调用 Object.wait()、Thread.join() 或 LockSupport.park() 方法。

• 示例：

  Thread thread = new Thread(() -> {synchronized (Thread.currentThread()) {try {Thread.currentThread().wait(); // 进入 WAITING 状态} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
  });thread.start();
  Thread.sleep(100); // 确保线程进入 WAITING 状态
  System.out.println(thread.getState()); // 输出: WAITING
  

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5. TIMED_WAITING（超时等待）

• 描述：线程在指定的时间内等待，超时后自动唤醒。

• 触发条件：

  • 调用 Thread.sleep(long)、Object.wait(long)、Thread.join(long) 或 LockSupport.parkNanos() 等方法。

• 示例：

  Thread thread = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(1000); // 进入 TIMED_WAITING 状态} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
  });thread.start();
  Thread.sleep(100); // 确保线程进入 TIMED_WAITING 状态
  System.out.println(thread.getState()); // 输出: TIMED_WAITING
  

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6. TERMINATED****（终止）

• 描述：线程已经执行完毕，或者因异常退出。

• 触发条件：

  • 线程的 run() 方法执行完毕。

  • 线程因未捕获的异常而终止。

• 示例：

  Thread thread = new Thread(() -> {System.out.println("线程执行完毕");
  });thread.start();
  thread.join(); // 等待线程执行完毕
  System.out.println(thread.getState()); // 输出: TERMINATED
  

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线程状态转换图

以下是线程状态的典型转换关系：

NEW → RUNNABLE → BLOCKED → RUNNABLE → TERMINATED↓        ↓WAITING → RUNNABLE↓TIMED_WAITING → RUNNABLE

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总结

Java 线程的六种状态和特点：

1. NEW：线程被创建但未启动。

2. RUNNABLE：线程正在运行或等待 CPU 资源。

3. BLOCKED：线程等待获取锁。

4. WAITING：线程无限期等待。

5. TIMED_WAITING：线程在指定时间内等待。

6. TERMINATED：线程执行完毕或异常终止。