Java 基础之多线程

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原创最新推荐文章于 2026-09-01 11:22:26 发布 1k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Java 多线程编程：从基础到实战！ 多线程编程是 Java 中的一个核心概念，它允许多个线程同时执行任务，从而提高程序的效率和响应性。在现代应用程序中，多线程编程无处不在，尤其是在处理高并发任务时。今天，我们将从基础到实战深入讲解 Java 的多线程编程，帮助你更好地理解和应用它。阅读详情

一、什么是线程？它与进程有什么区别？为什么要使用多线程？

线程是指程序在执行过程中，能够执行程序代码的一个执行单元。在 Java 语言中线程有 4 种运行状态：运行、就绪、挂起和结束。

进程是指一段正在执行的程序。而线程有时也被称为轻量级的进程，各个线程之间共享程序的内存空间（代码段、数据段和堆空间）及一些进程级的资源（例如打开文件），但是各个线程拥有自己的栈空间

在操作系统级别上，程序的执行都是以进程为单位的，而每个进程中通常都会有多个线程互不影响地并发执行，那么为什么要使用多线程？其实，多线程的使用为程序的研发带来了巨大的便利，具体而言有以下几个方面的内容：

1）使用多线程可以减少程序的响应时间，在单线程的情况下，如果某个操作很耗时，或者陷入长时间的等待（如等待网络响应），此时程序将不会响应鼠标、键盘等操作，使用多线程后，可以把这个耗时的线程分配到一个单独的线程中去执行，从而使的程序具备了更多的交互性

2）与进程相比，线程的创建和切换开销更小，由于启动一个新的线程必须给这个线程分配独立的地址空间，建立许多数据结构来维护线程代码段，数据段等信息，而运行于同一进程内的线程共享代码段和数据段，线程的启动，切换的开销比进程要少很多，同时多线程在数据共享方面效率非常高

3）多 CPU 或者多核计算机本身就具有执行多线程的能力，如果使用单个线程，将无法重复利用计算机资源，造成资源的浪费，因此在多 CPU 计算机上使用多线程能提高 CPU 的利用率

4）使用多线程能简化程序的结构，是程序便于理解和维护，一个非常复杂的进程可以分成多个线程来执行

二、同步和异步有什么区别？

在多线程的环境中，经常会碰到数据的共享问题，即当多个线程需要访问同一个资源时，它们需要以某种顺序来确保该资源在某一时刻只能被一个线程使用，否则，程序的运行结果将是不可预测的，在这种情况下就必须对数据进行同步，例如多个线程同时对同一数据进行写操作，即当线程 A 需要使用某个资源时，如果这个资源正在被线程 B 使用，同步机制就会让线程 A 一直等待下去，直到线程 B 结束对该资源的使用后，线程 A 才能使用这个资源，由此可见，同步机制可以保证资源的安全

想要实现同步操作，必须要获得每一个线程的对象锁，获得它可以保证在同一时刻只有一个线程可以进入临界区（访问互斥资源的代码块），并且在这个锁被释放之前，其他的线程就不能再进入这个临界区，如果还有其它线程想要获得该对象的锁，只能进入等待队列等待，只有当拥有该对象锁的线程退出该临界区域时，锁才会被释放，等待队列中优先级最高的线程才能获得该锁，从而进入共享代码区

Java 语言在同步机制中提供了语言级的支持，可以通过使用 synchronized 关键字来实现同步，但该方法并非万金油，它是以很大的系统开销为代价的，有时候可能造成死锁，所以同步控制并非越多越好，要尽量避免无谓的同步机制，实现同步的方式有两种：一种是利用同步代码块来实现，而另一种是利用同步方法来实现

异步与非阻塞类似，由于每个线程都包含了运行时所需要的数据或方法，因此，在进行输入输出处理时，不必关心其它线程的状态和行为，也不必等到输入输出处理完毕才返回，当应用程序在对象上调用了一个需要花费很长时间来执行的方法，并且不希望让程序等待方法的返回时，就应该使用异步编程，异步能够提高程序的效率

三、如何实现 Java 的多线程

Java 虚拟机允许应用程序并发的运行多个线程，在 Java 语言中，多线程的实现一般有以下 3 种方法，其中前两种为常用方法

1）继承 Thread 类，重写 run() 方法

Thread 本质上也是实现了 Runnable 接口的一个实例，它代表了一个线程的实例，并且启动线程的唯一方法，就是通过 Thread 类的 start() 的方法，start() 方法是一个 native (本地)方法，它将启动一个新线程，并执行 run 方法，（Thread 中提供的 run() 方法是一个方法），这种方式通过自定义直接 extend Thread，并重写 run() 方法，就可以启动新线程并执行自己定义的额 run() 方法，需要注意的是，调用 start() 方法后并不是立即执行多线程代码，而是使得该线程变为可运行状态（Runnable），什么时候运行多线程代码是由操作系统决定的

/** 
 * 继承 Thread 创建子线程 
 */  
class MyThread extends Thread {  
    @Override  
    public void run() {  
        //处理具体的逻辑  
    }  
}

那么如何启动这个线程呢？只需要 new 出 MyThread 的实例，然后调用它的 start() 方法，这样 run() 方法中的代码就会运行在子线程，如下：new MyThread().start();

2）实现 Runnable 接口，并实现该接口的 run() 方法

/** 
 * 实现 Runnable 接口创建子线程 
 */  
class MyThread implements Runnable {  
    @Override  
    public void run() {  
        //处理具体的逻辑  
    }  
}

如果使用这种写法，启动线程的方法也需要相应的改变，如下：

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

Thread 构造函数接受一个 Runnable 参数，我们 new 出的 MyThread 正是一个实现了 Runnable 接口的对象，所以可以直接将它传入到 Thread 的构造函数里，接着就和上面的一样了，调用 Thread 的 start() 方法，run() 方法中的代码就会在子线程当中运行了

其实，不管是通过继承 Thread 类还是通过使用 Runnable 接口来实现多线成的方法，最终还是通过 Thread 的对象的 API 来控制线程的

3）实现 Callable 接口，重写 call 方法

Callable 接口实际是属于 Executor 框架中的功能类，Callable 接口与 Runnable 接口的功能类似，但提供了比 Runnable 更强大的功能，主要表现为以下 3 点：

Callable 可以在任务结束后提供一个返回值，Runnable 无法提供这个功能
Callable 中的 call 方法可以抛出异常，而 Runnable 的 run 方法不能抛出异常
运行 Callable 可以拿到一个 Future 对象，Future 对象表示异步计算的结果，它提供了检查计算是否完成的方法，由于线程属于异步计算模型，因此无法从别的线程中得到函数的返回值，在这种情况下，就可以使用 Future 来监视目标线程调用 call() 方法的情况，当调用 Future 的 get() 方法以获取结果时，当前线程就会阻塞以，直到 call() 方法结束返回结果

public class CallableAndFuture {
    /**
     * 创建线程类
     */
    public static class CallableTest implements Callable<String> {

        @Override
        public String call() throws Exception {
            return "Helle World";
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        //启动线程
        Future<String> future = executorService.submit(new CallableTest());
        //等待多线程结束，并获取返回结果
        try {
            System.out.println("waiting thread to finish");
            System.out.println(future.get());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

以上代码只供参考，以上 3 种方式中，前两种方式线程执行完后都没有返回值，只有最后一种是带返回值的，当需要实现多线程时，一般推荐实现 Runnable 接口的方式，其原因是：

首先，Thread 类定义了多种方法可以被派生类使用或重写，但是只有 run() 方法是必须被重写的，在 run() 方法中实现这个线程的主要功能，这当然是实现 Runnable 接口所需的方法

其次，很多 Java 开发人员认为，一个类仅在需要被加强或修改时，才会被继承，因此如果没有必要重写 Thread 类中的其它方法，那么继承 Thread 的实现方式与实现 Runnable 接口的效果相同，在这种情况下最好通过实现 Runnable 接口的方式来创建线程

引申：一个类是否可以同时继承 Thread 与实现 Runnable 接口？

首先说明是可以的，为了说明这个问题，给出如下示例：

public class Test extends Thread implements Runnable {

    public static void main(String args[]) {
        Thread thread = new Thread(new Test());
        thread.start();
    }
}

从上例中可以看出，Test 类实现了 Runnable 接口，但是并没有实现接口的 run() 方法，可能有些读者会认为这导致编译错误，但实际它是能够编译运行的，因为 Test 类从 Thread 类中继承了 run 方法，这个继承的 run() 方法可以被当做对 Runnable 接口的实现，因此这段代码能够编译通过，当然也可以不使用继承的 run() 方法，而是需要通过在 Test 类中重写 run() 方法来实现 Runnable 接口中的 run() 方法，示例如下：

public class Test extends Thread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("this is run");
    }

    public static void main(String args[]) {
        Thread thread = new Thread(new Test());
        thread.start();
    }
}

四、run() 方法与 start() 方法有什么区别？

通常，系统通过调用线程类的 start() 方法启动一个线程，此时该线程处于就绪状态，而非运行状态，也就意味着这个线程可以被 JVM 来调度执行，在调度过程中，JVM 通过调用线程类的 run() 方法来完成实际的操作，当 run() 方法结束后，线程就会终止

如果直接调用线程类的 run() 方法，这会被当作一个普通的函数，程序中仍然只有主线程这一个线程，也就是说 start() 方法能够异步的调用 run() 方法，但是直接调用 run() 方法却是同步的，因此也就无法达到多线程的目的，由此可见，只有通过调用线程类的 start() 方法才能达到多线程的目的

五、多线程同步实现的方法有哪些？

（1）synchronized 关键字

在 Java 语言中，每个对象都有一个对象锁与之相关联，该锁表明对象在任何时候只容许被一个对象所拥有，当一个线程调用对象的一段 synchronized 代码时，需要先获取这个锁，然后去执行相应的代码，执行结束后释放锁

synchronized 关键字主要有两种用法（synchronized 方法和 synchronized 块），此外该关键字还可以作用于静态方法，或某个实例，但这都对程序的效率有一定的影响

synchronized 方法：在方法的声明前加入 synchronized 关键字，示例如下

public synchronized void Test(){}

只要把多个线程对类需要被同步的资源的操作放到 Test() 方法中，就能保证这个方法在同一时刻只能被一个线程访问，从而保证了多线程访问的安全，然而当一个线程的方法体规模非常大时，把该方法声明为 synchronized 会大大影响程序的执行效率，为了提高程序的效率，Java 提供了 synchronized 块

synchronized 块：synchronized 块既可以把任意的代码段声明为 synchronized，也可以指定上锁的对象，有非常高的灵活性，其用法如下：

    synchronized (syncObject){
        //访问syncObject的代码
    }

（2）wait() 方法与 notify() 方法

当使用某个 synchronized 来修饰某个共享资源时，如果线程 A1 在执行 synchronized 代码，另外一个线程 A2 也将要同时执行同一对象的同一个 synchronized 代码时，线程 A2 将要等到线程 A1 执行完成后，才能继续执行，在这种情况下可以使用 notify() 方法和 wait() 方法

在 synchronized 代码被执行期间，线程可以调用对象的 wait() 方法，释放对象锁，进入等待状态，并且可以调用 notify() 方法或 notifyAll() 方法通知正在等待的其他线程，notify() 方法仅唤醒一个线程（等待队列中的第一个线程），并容许它去获得锁，notifyAll() 方法唤醒所有等待这个对象的线程，并允许他们去获得锁（并不是让所有唤醒线程都获得锁，而是让他们去竞争）。

（3）Lock

lock(): 以阻塞方式获取锁，也就是说如果获取到了锁，立即返回，如果别的线程持有锁，当前线程等待，直到获取锁后返回

tryLock(): 以非阻塞方式获取锁，只是尝试性的去获取一下锁，如果获取到锁，立即返回 true，否则返回 false

六、sleep() 方法与 wait() 方法有什么区别？

sleep() 方法与 wait() 方法都是使线程暂停执行一段时间的方法，具体而言，sleep() 方法与 wait() 方法的区别主要表现在如下几个方面：

1）原理不同

sleep() 方法是 Thread 类的静态方法，是线程用来控制自身流程的，它会使此线程暂停执行一段时间，而把执行机会让给其他线程，等到计时时间一到，次线程会自动苏醒，而 wait() 方法是 Object 类的方法，用于线程间的通信，这个方法会使当前拥有该对象锁的进程等待，直到其他线程调用 notify() 方法（或 notifyAll() 方法）时才醒来，不过开发人员也可以给他指定一个时间，自动醒来

2）对象锁处理机制不同

由于 sleep() 方法的主要作用是让线程暂停执行一段时间，时间一到则自动恢复，不涉及线程间的通信，因此调用 sleep() 方法并不会释放锁，而 wait() 方法则不同，当调用 wait() 方法后，线程会释放掉它所占用的锁，从而使线程所在对象中的其他synchronized 数据可被别的线程使用

3）使用区域不同

由于 wait() 方法的特殊意义，因此它必须放在同步控制方法或者同步语句块中使用，而 sleep() 方法可以在任何地方使用

最后由于 sleep() 方法不会释放锁标志，容易导致死锁问题的发生，因此一般情况下不推荐使用，而推荐使用 wait() 方法

七、终止线程的方法有哪些？

在 Java 语言中，可以使用 stop() 方法与 suspend() 方法来终止线程的执行，当用 Thread.stop() 来终止线程时，它会释放已经锁定的所有监视资源，调用 suspend() 方法容易发生死锁（死锁指的是两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，如果无外力作用，它们都将无法推进），由于调用 suspend() 方法不会释放锁，这就会导致一个问题：如果用一个 suspend 挂起一个有锁的线程，那么在锁恢复之前将不会被释放，如果调用 suspend() 方法，线程将试图取得相同的锁，程序就会发生死锁

八、什么是守护线程？

Java 提供了两种线程：守护线程与用户线程，守护线程又被称为“服务进程”或“后台线程”是指在程序运行时，在后台提供一种通用服务的线程，这种线程并不属于程序中不可或缺的部分，通俗点将，任何一个守护线程都是整个 JVM 中所有非守护线程的“保姆”

用户线程和守护线程几乎一样，唯一的不同之处就在于如果用户线程已经全部退出运行，只剩下守护线程存在，JVM 也就退出了，因为当所有非守护程序结束时，没有了被守护者，守护线程也就没有工作可做了，也就没有运行程序的必要，程序也就终止了，同时会杀死所有守护线程

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