多线程详解与实战

最新推荐文章于 2025-05-07 12:10:45 发布

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#java #开发语言

本文介绍了Java中多线程的基本概念，包括通过Runnable接口和Thread类创建线程的方法，线程的生命周期，以及如何使用synchronized关键字和wait(),notify()方法进行同步与通信，以生产者消费者问题为例进行了详细讲解。

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在Java中，多线程是一种重要的编程概念，它允许多个任务同时执行，从而提高程序的效率和响应速度。这对于需要处理大量数据、执行复杂计算或同时处理多个用户请求的应用程序来说非常有用。

1 多线程基础

在Java中，创建线程主要有两种方式：通过实现`Runnable`接口或继承`Thread`类。`Runnable`接口只有一个`run`方法，它是线程执行的主体。而`Thread`类则是一个具体的线程实现，它实现了`Runnable`接口，并提供了更多的线程控制方法。

一. 实现`Runnable`接口创建线程

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}
// 创建线程并启动
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(myRunnable);
thread.start();

二. 继承`Thread`类创建线程

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的代码
    }
}
// 创建线程并启动
MyThread myThread = new MyThread();
myThread.start();

1 线程的生命周期

一个线程在其生命周期中会经历不同的状态，如新建、就绪、阻塞、等待、计时等待和终止等。

2 线程同步与通信

在多线程编程中，同步和通信是非常重要的概念。Java提供了`synchronized`关键字以及`wait()`、`notify()`、`notifyAll()`等方法来处理这些问题。

1） `synchronized`关键字

用于确保同一时间只有一个线程可以执行某个代码块或方法，从而避免数据不一致的问题。

2） `wait()`、`notify()`、`notifyAll()`方法

这些方法通常与`synchronized`一起使用，用于实现线程间的通信和协作。

3 实战：生产者消费者问题

生产者消费者问题是一个经典的并发问题，它演示了线程间的同步和通信。

    public class SharedBuffer {
        private Queue<Integer> items = new LinkedList<>();
        private int capacity = 10;
        public synchronized void produce(int item) throws InterruptedException {
            while (items.size() == capacity) {
                wait();
            }
            items.add(item);
            System.out.println("Produced: " + item);
            notifyAll();
        }
        public synchronized int consume() throws InterruptedException {
            while (items.isEmpty()) {
                wait();
            }
            int item = items.remove();
            System.out.println("Consumed: " + item);
            notifyAll();
            return item;
        }
    }
    // 生产者线程
    class Producer extends Thread {
        private SharedBuffer sharedBuffer;
        public Producer(SharedBuffer sharedBuffer) {
            this.sharedBuffer = sharedBuffer;
        }
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                try {
                    sharedBuffer.produce(i);
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    // 消费者线程
    class Consumer extends Thread {
        private SharedBuffer sharedBuffer;
        public Consumer(SharedBuffer sharedBuffer) {
            this.sharedBuffer = sharedBuffer;
        }
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 20; i++) {
                try {
                    sharedBuffer.consume();
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    // 主类
    public class ProducerConsumerDemo {
        public static void main(String[] args) {
            SharedBuffer sharedBuffer = new SharedBuffer();
            Producer producer = new Producer(sharedBuffer);
            Consumer consumer = new Consumer(sharedBuffer);
            producer.start();
            consumer.start();
        }
    }

在这个例子中，生产者线程和消费者线程共享一个缓冲区`SharedBuffer`。生产者线程负责向缓冲区中添加数据，而消费者线程则从缓冲区中取出数据。通过使用`synchronized`关键字和`wait()`、`notifyAll()`方法，生产者线程和消费者线程之间实现了同步和通信，确保了数据的正确性和线程间的协作。