到底什么才是线程?

Java线程全面解析


一、什么是线程?

1.1 基础概念

线程可以理解为 程序执行的最小单位,就像工厂流水线上同时工作的多个工人。
​特点:同一进程内的线程共享内存空间(比如共享变量),而进程之间数据独立。
​举例:假设你开了一个浏览器(进程),下载文件的同时还能看视频,这就是两个线程在并行工作。

特点

  • 轻量级:比传统进程更节省资源
  • 执行路径:每个线程都有自己的程序计数器、栈空间
  • 共享内存:同一进程内的线程共享堆内存和方法区

1.2 线程 vs 进程

进程线程
资源占用独立内存空间(开销大)共享内存(开销小)
切换成本高(需要切换内存空间)低(只需切换执行路径)
通信方式管道、Socket等复杂机制直接读写共享变量

1.3 为什么用线程?

  • 提升性能:多核CPU并行计算(视频渲染、数据分析)
  • 增强响应:GUI程序保持界面响应(如IDE边编译边打字)
  • 资源复用:Web服务器同时处理多个请求(HTTP连接池)

1.4 创建线程的两种方式

方式1:实现Runnable(推荐)
// 任务定义
class DownloadTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("开始下载文件...");
    }
}

// 启动线程
Thread downloadThread = new Thread(new DownloadTask());
downloadThread.start();

优势:避免单继承限制,更适合线程池

方式2:继承Thread
class PrintThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("打印线程运行中");
    }
}

// 启动线程
new PrintThread().start();

局限:Java不支持多继承,扩展性差

1.5 线程的优缺点

优点缺点提升CPU利用率增加程序复杂度简化异步任务处理可能引发资源竞争(如数据不同步)改善程序响应速度调试难度高(死锁、线程安全问题)

二、如何中断线程?

2.1 中断机制三要素

  1. 中断信号thread.interrupt()
  2. 状态检测Thread.currentThread().isInterrupted()
  3. 异常处理:捕获InterruptedException

2.2 标准中断流程

public class SafeStopExample implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
            try {
                // 模拟工作任务
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println("处理数据...");
            } catch (InterruptedException e) {
                // 重置中断状态
                Thread.currentThread().interrupt();
                System.out.println("收到中断请求,清理资源");
            }
        }
    }
}

2.3 中断要点

  • 不要使用已废弃方法stop()/suspend()会导致数据损坏
  • 正确处理中断异常:在catch块中恢复中断状态
  • 资源释放:在检测到中断后及时关闭文件、网络连接等

三、线程的6种状态(重点)

3.1 完整生命周期

start()
等待synchronized锁
wait()/join()
sleep(1000)
获得锁
notify()/notifyAll()
超时结束
run()结束
NEW
RUNNABLE
BLOCKED
WAITING
TIMED_WAITING
TERMINATED

3.2 状态详解

状态触发条件典型场景
NEW线程刚创建未启动Thread t = new Thread()
RUNNABLE在JVM中可运行(可能正在或等待CPU)执行未阻塞的代码
BLOCKED等待进入synchronized代码块多个线程竞争同一把锁
WAITING无限期等待其他线程唤醒object.wait()无参调用
TIMED_WAITING有限期等待(自带超时机制)Thread.sleep(500)
TERMINATED执行完毕或异常终止run()方法正常/异常退出
详细说明:
  1. NEW

    • 线程刚被创建,但尚未调用start()方法启动。
    • 此时线程还未分配系统资源,仅是一个对象实例。
  2. RUNNABLE

    • 线程已经启动,正在执行或等待CPU调度。
    • 包括两种子状态:
      • Running:正在执行任务。
      • Ready:等待CPU分配时间片。
  3. BLOCKED

    • 线程试图获取一个被其他线程持有的synchronized锁时,会进入阻塞状态。
    • 当锁被释放后,线程会重新进入RUNNABLE状态。
  4. WAITING

    • 线程主动进入无限期等待状态,直到被其他线程唤醒。
    • 常见场景:
      • 调用Object.wait(),等待notify()notifyAll()
      • 调用Thread.join(),等待目标线程结束。
  5. TIMED_WAITING

    • 线程主动进入有限期等待状态,超时后自动恢复。
    • 常见场景:
      • 调用Thread.sleep(long),睡眠指定时间。
      • 调用Object.wait(long),等待指定时间或被唤醒。
  6. TERMINATED

    • 线程的run()方法执行完毕或抛出未捕获的异常时,进入终止状态。
    • 终止后线程无法再次启动。

四、实际应用建议

4.1 线程使用场景

  • 计算密集型:图像处理、科学计算(需注意线程数不要超过CPU核心数)
  • IO密集型:网络通信、文件读写(可适当增加线程数)
  • 定时任务:心跳检测、缓存刷新

4.2 最佳实践

  1. 优先使用线程池:避免频繁创建/销毁线程
  2. 同步控制:合理使用synchronizedLock
  3. 变量可见性:关键数据使用volatile声明
  4. 避免死锁:按固定顺序获取多个锁

《Java核心技术》中的经典案例:

  • 银行转账(演示锁机制)
  • 阻塞队列(生产者-消费者模式)
  • Swing动画(展示事件分发线程EDT)
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