Java 并发 | 青训营

尊敬的陛下
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在 Java 中，可以通过多种方式实现并发编程，如使用线程、线程池、锁等。

线程

创建线程

在Java中，启动一个main函数就代表启动了一个JVM进程，main函数所在的线程是这个进程的主线程，该JVM进程中的所有线程共享该JVM的堆和方法区，同时JVM在每个线程创建时为其分配各自的PC、虚拟机栈和本地方法栈，每个线程有一个Thread对象维护其上下文。

Java 中有两种方式可以创建线程：继承 Thread 类和实现 Runnable 接口。

继承 Thread 类

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread running");
    }
}

实现 Runnable 接口

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

启动线程

启动线程有两种方式：调用 start() 方法或直接调用 run() 方法。

调用 start() 方法

MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();

直接调用 run() 方法

MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
myRunnable.run();

线程状态及转换

Java 中的线程状态有新建、可运行、运行、阻塞、等待、定时等待、中断、终止等。线程状态可以通过 Thread 类中的getState() 方法获取。线程状态的转换可以通过 Thread 类中的 interrupt()、 sleep()、 yield() 等方法实现。

线程池

线程池是一种可复用的线程集合，可以统一管理和调度线程，减少系统开销。 Java 中的 Executor 和 ExecutorService 是线程池的核心接口。

创建线程池

Java 中提供了多种线程池的实现，如 newCachedThreadPool、 newFixedThreadPool、 newSingleThreadExecutor、 newScheduledThreadPool 等。

newCachedThreadPool

该线程池具有缓冲功能，可以缓存已创建的线程，当有新的任务来时，可以直接使用缓存的线程，避免了重新创建线程的开销。但是，如果任务量一直很大，缓存的线程会越来越多，可能会造成内存溢出。

newFixedThreadPool

该线程池创建固定数量的线程，当有新的任务来时，会在这些线程中轮询执行。该线程池适用于任务的执行时间较短的情况。如果任务的执行时间较长，可能会导致某些线程一直处于空闲状态。

newSingleThreadExecutor

该线程池只有一个线程在工作，当任务来时，会在该线程中执行。如果该线程在执行任务时出现异常，会尝试重新执行该任务。该线程池适用于任务的执行时间较短且需要保证顺序执行的情况。如果任务的执行时间较长，可能会出现任务等待时间过长的情况。

newScheduledThreadPool

该线程池可以定时执行任务或按照一定的时间间隔执行任务。可以通过 ThreadPoolExecutor 的 scheduleAtFixedRate() 或 scheduleWithFixedDelay() 方法实现定时执行任务。

线程池的使用

使用线程池可以避免创建过多的线程，降低系统开销，提高程序的响应速度。以下是使用线程池的步骤：

  1. 创建线程池对象：通过实现 Executor 接口或继承 ThreadPoolExecutor 类来创建线程池对象。
  2. 提交任务：通过调用线程池的 execute() 或 submit() 方法来提交任务。
  3. 处理任务结果：如果任务实现了 Callable 接口，可以通过 Future 对象获取任务的执行结果。
  4. 关闭线程池：任务执行完成后，需要关闭线程池，释放资源。

下面是一个使用线程池的示例代码：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

for (int i = 0; i < 100; i++) {
    executor.execute(new MyRunnable(i));
}

executor.shutdown();

锁

在 Java 中，可以使用 synchronized 关键字或 Lock 接口来实现锁的功能。

synchronized 关键字

synchronized 关键字可以用来修饰方法或代码块，实现同步访问共享资源的功能。当一个线程进入 synchronized 修饰的代码块或方法时，会获取一个锁，其他线程需要等待该锁释放后才能进入。

public synchronized void syncMethod() {
    // synchronized code block
}

Lock 接口

Lock 接口提供了更灵活的锁功能，可以支持公平锁和非公平锁、可重入锁等。Lock 接口的实现类有 ReentrantLock、 ReadWriteLock 等。

下面是一个使用 ReentrantLock 的示例代码：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
    // critical section protected by lock
} finally {
    lock.unlock();
}

其他并发工具类

CountDownLatch 和 CyclicBarrier

CountDownLatch 和 CyclicBarrier 是 Java 中的计时器工具类，可以实现等待某个条件成立的功能。CountDownLatch 可以等待某个计数器归零后执行后续操作，CyclicBarrier 可以等待多个线程都到达某个屏障点后执行后续操作。

ConcurrentHashMap 和 ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentHashMap 和 ConcurrentLinkedQueue 是 Java 中的并发集合类，支持多线程并发访问。这些集合类采用了分段锁或无锁机制，提高了并发访问的性能和可靠性。

Java 中的并发编程技术有很多种，在实际应用中，需要根据具体的业务场景选择合适的并发处理方式，提高程序的性能和可靠性。

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