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
- 中断信号:
thread.interrupt()
- 状态检测:
Thread.currentThread().isInterrupted()
- 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
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:
-
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。
- 线程刚被创建,但尚未调用
-
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。
-
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。
- 线程试图获取一个被其他线程持有的
-
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()
或notifyAll()
。 - 调用
Thread.join()
,等待目标线程结束。
- 调用
-
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。
- 调用
-
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。
- 线程的
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
- 优先使用线程池:避免频繁创建/销毁线程
- 同步控制:合理使用
synchronized
和Lock
- 变量可见性:关键数据使用
volatile
声明 - 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)