Java多线程
介绍
在现代计算机系统中，多线程编程是提高程序性能的重要手段之一。Java作为一门广泛使用的编程语言，提供了丰富的多线程支持。通过多线程，程序可以同时执行多个任务，从而提高资源利用率和响应速度。
什么是多线程？
多线程是指在一个程序中同时运行多个线程。每个线程都是一个独立的执行路径，可以并行或并发地执行任务。Java通过Thread类和Runnable接口提供了多线程的支持。
创建线程
在Java中，创建线程有两种主要方式：
- 继承
Thread类 - 实现
Runnable接口
继承Thread类
java
class MyThread extends Thread {
public void run() {
System.out.println("Thread is running");
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyThread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
输出：
Thread is running
实现Runnable接口
java
class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("Thread is running");
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
thread.start();
}
}
输出：
Thread is running
提示
实现Runnable接口的方式更为灵活，因为它允许你的类继承其他类，而继承Thread类的方式则不行。
线程的生命周期
线程在其生命周期中会经历多个状态：
- New: 线程被创建但尚未启动。
- Runnable: 线程已经启动，正在等待CPU调度。
- Running: 线程正在执行
run()方法。 - Blocked: 线程被阻塞，等待资源。
- Terminated: 线程执行完毕或被强制终止。
线程同步
在多线程环境中，多个线程可能会同时访问共享资源，导致数据不一致的问题。Java提供了synchronized关键字和Lock接口来解决这个问题。
使用synchronized关键字
java
class Counter {
private int count = 0;
public synchronized void increment() {
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Counter counter = new Counter();
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.increment();
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.increment();
}
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println("Count: " + counter.getCount());
}
}
输出：
Count: 2000
警告
如果没有使用synchronized关键字，count的值可能会小于2000，因为两个线程可能会同时访问和修改count。
实际应用场景
1. 多线程下载器
多线程下载器可以利用多个线程同时下载文件的不同部分，从而提高下载速度。
java
import java.io.*;
import java.net.URL;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class MultiThreadDownloader {
public static void main(String[] args) {
String fileUrl = "http://example.com/largefile.zip";
int numThreads = 4;
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(numThreads);
for (int i = 0; i < numThreads; i++) {
int finalI = i;
executor.execute(() -> {
try {
URL url = new URL(fileUrl);
InputStream in = url.openStream();
FileOutputStream out = new FileOutputStream("part" + finalI + ".zip");
byte[] buffer = new byte[1024];
int bytesRead;
while ((bytesRead = in.read(buffer)) != -1) {
out.write(buffer, 0, bytesRead);
}
in.close();
out.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
executor.shutdown();
}
}
2. 并发数据处理
在处理大量数据时，可以使用多线程来并行处理数据，从而提高处理速度。
java
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class DataProcessor {
public static void main(String[] args) {
int[] data = new int[1000];
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
data[i] = i;
}
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
for (int i = 0; i < data.length; i++) {
int finalI = i;
executor.execute(() -> {
data[finalI] = data[finalI] * 2;
});
}
executor.shutdown();
// 等待所有任务完成
while (!executor.isTerminated()) {}
System.out.println("Data processing complete.");
}
}
总结
Java多线程编程是提高程序性能的重要手段。通过继承Thread类或实现Runnable接口，你可以创建和管理多个线程。线程同步是确保数据一致性的关键，Java提供了synchronized关键字和Lock接口来实现线程同步。在实际应用中，多线程可以用于下载文件、处理数据等场景。
附加资源
练习
- 修改上面的
Counter类，使用Lock接口代替synchronized关键字来实现线程同步。 - 编写一个多线程程序，模拟多个用户同时购买商品，确保库存不会出现负数。
备注
在完成练习时，务必注意线程安全问题，确保程序的正确性。