1.1 引言
并发编程的重要性
在当今的软件开发中，并发编程已经成为一项至关重要的技能。随着多核处理器的普及和分布式系统的广泛应用，能够高效地处理并发任务成为了提升应用程序性能和响应速度的关键因素。并发编程不仅能够充分利用多核处理器的计算能力，还能提高系统的吞吐量和容错能力，使应用程序在高负载下依然能够稳定运行。此外，并发编程在实时系统、网络服务器、大数据处理等领域都有广泛的应用。
本文的内容结构 本文旨在为中级开发者提供一个全面的Java并发编程基础指南。主要内容包括：
线程与进程的区别 并发与并行的概念 线程的生命周期
1.2 线程与进程的区别
线程和进程的定义 **进程（Process）**是操作系统分配资源和调度的基本单位，每个进程都有自己独立的内存空间、文件描述符和其他资源。进程之间的通信通常比较复杂，需要使用进程间通信（IPC）机制，如管道、消息队列、共享内存等。
**线程（Thread）**是CPU调度的基本单位，一个进程可以包含多个线程。线程共享进程的内存空间和其他资源，但每个线程有自己的栈空间和程序计数器。线程之间的通信相对简单，因为它们共享相同的内存地址空间。
二者的区别和各自适用的场景 进程的特点：
独立性：进程有自己独立的内存地址空间和资源，相互之间没有直接的依赖关系。 资源开销大：创建和销毁进程的开销较大，因为涉及到资源的分配和回收。 隔离性强：进程之间的隔离性强，一个进程的错误不会直接影响到其他进程。 线程的特点：
共享内存：线程共享进程的内存地址空间，通信和数据共享非常高效。 轻量级：线程的创建和销毁开销较小，切换速度快。 并发执行：线程可以并发执行，提高程序的响应速度和处理能力。 适用场景：
进程适用于需要高度隔离的任务，如运行多个独立的应用程序。 线程适用于需要高效数据共享和通信的任务，如Web服务器处理多个并发请求、图形用户界面程序的事件处理等。
1.3 并发与并行的概念
并发与并行的基本概念 **并发（Concurrency）**是指多个任务在同一时间段内交替进行。在并发系统中，任务之间的执行顺序可以交替进行，但在某个时刻只有一个任务在真正运行。并发系统通过任务间的切换实现多任务的“同时”进行。
**并行（Parallelism）**是指多个任务在同一时刻同时进行。并行系统利用多核处理器的能力，使多个任务在不同的处理器上同时执行，从而提高系统的计算能力和处理速度。
二者的实现方式和应用场景 并发的实现方式：
多线程编程：在单核处理器上通过时间片轮转实现并发，每个线程轮流获取CPU时间片执行。Java提供了多线程编程的基本工具，如Thread类和Runnable接口。 异步编程：通过事件驱动和回调函数实现并发，常用于I/O密集型操作，如网络请求、文件读写等。Java中的CompletableFuture类是异步编程的一种实现方式。 并行的实现方式：
多进程编程：在多核处理器上通过多个进程实现并行，每个进程在不同的核心上运行。Java中的ProcessBuilder类可以用于创建和管理进程。 并行计算框架：如Hadoop、Spark等大数据处理框架，利用集群中的多个节点进行并行计算。Java中的ForkJoinPool类是并行计算的一种实现方式，适用于大规模递归任务的分治处理。 应用场景：
并发适用于I/O密集型任务和需要频繁交互的应用，如Web服务器、数据库服务器等。在这些场景中，并发编程可以提高系统的响应速度和处理能力。 并行适用于计算密集型任务和大规模数据处理，如科学计算、机器学习、图像处理等。在这些场景中，并行编程可以充分利用多核处理器的计算能力，提高任务的执行效率。
1.4 线程的生命周期
线程的不同状态及其转换 Java线程的生命周期包括以下几种状态：
新建（New）：线程对象被创建，但尚未调用start()方法。在此状态下，线程仅仅被分配了资源，但没有真正开始执行。 可运行（Runnable）：调用start()方法后，线程进入可运行状态。此时，线程已经在Java虚拟机中就绪，等待获取CPU时间片运行。在此状态下，线程可能处于运行队列中，也可能正在运行。 运行中（Running）：线程获取CPU时间片，开始执行run()方法中的代码。在单核处理器上，同一时刻只有一个线程处于运行中状态。 阻塞（Blocked）：线程在等待获取一个排他锁时进入阻塞状态。在此状态下，线程无法继续执行，直到获取到所需的锁。 等待（Waiting）：线程在调用wait()、join()或park()方法后进入等待状态，等待其他线程的通知或中断。在此状态下，线程释放所持有的所有锁，并暂停执行。 超时等待（Timed Waiting）：线程在调用带有超时参数的等待方法（如sleep(long millis)、wait(long timeout)）时进入超时等待状态。在此状态下，线程在指定的时间段内暂停执行，超时后重新进入可运行状态。 终止（Terminated）：线程的run()方法执行完毕或因异常退出，进入终止状态。在此状态下，线程的生命周期结束，不能再次运行。 状态图解及示例代码 下图展示了Java线程的生命周期状态及其转换关系：
+---------+ +-------------+ +--------------+ | New | ---> | Runnable | <---> | Running | +---------+ +-------------+ +--------------+ | | | | | v v | | Blocked Waiting | | ^ ^ | v | | v Timed Waiting Terminated 以下是一个展示线程生命周期的示例代码：
public class ThreadLifecycleDemo {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new Task());
// New: 线程对象被创建，但尚未调用start()方法
System.out.println("Thread state after creation: " + thread.getState());
thread.start(); // 启动线程，进入Runnable状态
// Runnable: 线程已就绪，等待CPU时间片
System.out.println("Thread state after calling start(): " + thread.getState());
try {
// 运行中：线程获取CPU时间片，执行run()方法中的代码
Thread.sleep(100); // 主线程睡眠，确保子线程进入运行状态
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 终止：run()方法执行完毕或因异常退出，进入终止状态
System.out.println("Thread state after completion: " + thread.getState());
}
}
class Task implements Runnable { @Override public void run() { // 线程正在运行 System.out.println("Thread is running..."); try { Thread.sleep(2000); // 线程进入超时等待状态 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Thread completed."); } }
在这个示例中，我们创建了一个线程对象，并通过调用start()方法启动线程。线程进入Runnable状态，等待CPU时间片。在run()方法中，我们让线程睡眠2秒钟，期间线程进入Timed Waiting状态。睡眠结束后，线程继续执行，直到run()方法完成，进入Terminated状态。
通过上述示例，我们可以直观地了解Java线程的生命周期及其状态转换过程。
结论
在本篇文章中，我们探讨了Java并发编程的基础知识，包括线程与进程的区别、并发与并行的概念以及线程的生命周期。通过这些基础知识，我们可以更好地理解并发编程的核心概念，为后续的高级并发编程打下坚实的基础。
