JavaGuide项目：Java并发编程核心知识点解析（上）-优快云博客

JavaGuide项目：Java并发编程核心知识点解析（上）

JavaGuide JavaGuide：这是一份Java学习与面试指南，它涵盖了Java程序员所需要掌握的大部分核心知识。这份指南是一份通俗易懂、风趣幽默的学习资料，内容全面，深受Java学习者的欢迎。项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ja/JavaGuide

引言

在Java开发中，并发编程是一个非常重要的领域，也是面试中的高频考点。本文将深入解析Java并发编程的核心概念，包括线程与进程、线程生命周期、死锁等关键知识点，帮助开发者构建完整的并发知识体系。

一、线程与进程基础

1.1 进程与线程的概念

进程是操作系统资源分配的基本单位，可以理解为"正在运行的程序"。每个进程都有独立的内存空间，包含代码段、数据段和堆栈段。

线程是CPU调度的基本单位，是进程中的一个执行流程。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈。

// 查看Java程序中的线程示例
public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
        ThreadInfo[] threadInfos = threadMXBean.dumpAllThreads(false, false);
        for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
            System.out.println(threadInfo.getThreadId() + ": " + threadInfo.getThreadName());
        }
    }
}

1.2 线程与进程的关系与区别

| 特性 | 进程 | 线程 | |-----------|------------------------|------------------------| | 资源占用 | 独立内存空间，资源消耗大 | 共享进程资源，资源消耗小 | | 通信方式 | IPC(进程间通信)机制 | 直接共享内存，通信效率高 | | 创建销毁开销 | 大 | 小 | | 安全性 | 进程间相互独立，安全性高 | 线程间共享数据，需要考虑线程安全问题 | | 上下文切换开销 | 大 | 小 |

1.3 为什么需要多线程

提高CPU利用率：在多核CPU环境下，多线程可以真正实现并行计算
提高系统吞吐量：通过线程池等技术，可以高效处理大量并发请求
改善用户体验：在GUI程序中，使用多线程可以避免界面卡顿
简化编程模型：某些问题(如生产者-消费者)用多线程模型更直观

二、线程生命周期与状态

2.1 Java线程的6种状态

NEW(新建)：线程被创建但未调用start()
RUNNABLE(可运行)：调用start()后进入就绪状态
BLOCKED(阻塞)：等待获取监视器锁
WAITING(等待)：无限期等待其他线程显式唤醒
TIMED_WAITING(定时等待)：有限时间等待
TERMINATED(终止)：线程执行完毕

2.2 线程状态转换图

stateDiagram
    [*] --> NEW
    NEW --> RUNNABLE: start()
    RUNNABLE --> BLOCKED: 等待锁
    BLOCKED --> RUNNABLE: 获取到锁
    RUNNABLE --> WAITING: wait()/join()
    WAITING --> RUNNABLE: notify()/notifyAll()
    RUNNABLE --> TIMED_WAITING: sleep()/wait(timeout)
    TIMED_WAITING --> RUNNABLE: 超时/被唤醒
    RUNNABLE --> TERMINATED: run()结束

2.3 关键方法对比

sleep() vs wait()

| 特性 | sleep() | wait() | |------------|--------------------------|--------------------------| | 所属类 | Thread | Object | | 释放锁 | 否 | 是 | | 唤醒方式 | 超时自动唤醒/中断 | notify()/notifyAll()/超时 | | 使用场景 | 暂停执行 | 线程间协调 | | 异常处理 | 需要捕获InterruptedException | 需要捕获InterruptedException |

三、死锁问题深度解析

3.1 死锁产生的必要条件

互斥条件：资源一次只能被一个线程占用
请求与保持：线程持有资源并请求新资源
不可剥夺：已分配资源不能被强制剥夺
循环等待：存在线程资源的循环等待链

3.2 死锁检测与解决

检测方法：

使用jstack命令分析线程栈
通过JConsole等可视化工具查看

预防策略：

破坏请求与保持：一次性申请所有资源
破坏不可剥夺：允许系统回收资源
破坏循环等待：定义资源申请顺序

// 避免死锁的代码示例
public void transfer(Account from, Account to, int amount) {
    // 定义固定的锁获取顺序
    Object firstLock = from.hashCode() < to.hashCode() ? from : to;
    Object secondLock = from.hashCode() < to.hashCode() ? to : from;
    
    synchronized (firstLock) {
        synchronized (secondLock) {
            if (from.getBalance() >= amount) {
                from.debit(amount);
                to.credit(amount);
            }
        }
    }
}