Java 多线程编程深入实战：从基础到线程池管理

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用户11690575

发布于 2025-06-10 22:35:35

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一、前言

多线程是 Java 的强大特性之一，它允许程序并发执行多个任务，提高资源利用率和响应能力。无论是 Web 服务、高性能计算、文件下载、图像处理，还是后台任务调度，多线程都是提升效率的利器。

本篇文章将深入介绍 Java 多线程编程，包括创建线程、同步控制、线程通信、线程池与实际案例。

二、Java 创建线程的三种方式

2.1 方式一：继承 `Thread` 类

java复制编辑public class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        System.out.println("线程运行：" + Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {
        new MyThread().start();
    }
}

🖼️ 图示：MyThread → Thread → 执行 run() 方法

2.2 方式二：实现 `Runnable` 接口

java复制编辑public class RunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> System.out.println("Runnable 执行：" + Thread.currentThread().getName());
        new Thread(task).start();
    }
}

优点：支持多继承结构、代码更清晰。

2.3 方式三：使用 `Callable` 和 `Future`

java复制编辑import java.util.concurrent.*;

public class CallableDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Callable<String> task = () -> "返回结果：" + Thread.currentThread().getName();
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future<String> result = executor.submit(task);

        System.out.println(result.get());
        executor.shutdown();
    }
}

三、线程的生命周期

线程状态包括：

NEW：创建后尚未启动
RUNNABLE：正在运行
BLOCKED：被阻塞等待锁
WAITING / TIMED_WAITING：等待另一个线程操作
TERMINATED：线程结束

🖼️ 图示：Java Thread 生命周期状态图（NEW → RUNNING → TERMINATED）

四、线程同步与互斥

4.1 `synchronized` 关键字

java复制编辑public synchronized void safeMethod() {
    // 线程安全代码
}

或同步代码块：

java复制编辑synchronized (this) {
    // 临界区
}

4.2 多线程卖票例子（避免超卖）

java复制编辑public class TicketSale {
    private int tickets = 10;

    public synchronized void sell(String name) {
        if (tickets > 0) {
            System.out.println(name + " 卖出一张票，剩余：" + --tickets);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        TicketSale ts = new TicketSale();
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) ts.sell(Thread.currentThread().getName());
        };

        new Thread(task, "窗口A").start();
        new Thread(task, "窗口B").start();
    }
}

五、线程通信机制（wait/notify）

5.1 示例：生产者-消费者模型

java复制编辑class Box {
    private int content;
    private boolean empty = true;

    public synchronized void put(int value) throws InterruptedException {
        while (!empty) wait();
        content = value;
        empty = false;
        System.out.println("放入: " + value);
        notify();
    }

    public synchronized void get() throws InterruptedException {
        while (empty) wait();
        System.out.println("取出: " + content);
        empty = true;
        notify();
    }
}

public class ProducerConsumer {
    public static void main(String[] args) {
        Box box = new Box();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                try { box.put(i); } catch (Exception e) {}
            }
        }, "生产者").start();

        new Thread(() -> {
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                try { box.get(); } catch (Exception e) {}
            }
        }, "消费者").start();
    }
}

六、线程池（ThreadPoolExecutor）

相比频繁创建销毁线程，使用线程池更加高效。

6.1 使用 Executors 创建线程池

java复制编辑ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);

Runnable task = () -> System.out.println("执行：" + Thread.currentThread().getName());
for (int i = 0; i < 5; i++) pool.execute(task);

pool.shutdown();

6.2 自定义线程池参数

java复制编辑ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
    2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS,
    new LinkedBlockingQueue<>(10),
    Executors.defaultThreadFactory(),
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
);

七、定时任务执行（ScheduledExecutor）

java复制编辑ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
    System.out.println("每隔2秒执行一次：" + System.currentTimeMillis());
}, 0, 2, TimeUnit.SECONDS);

🖼️ 图示：定时器执行周期结构图（初始延迟 → 周期性重复）

八、并发集合与工具类

类别	常用类名
并发集合	ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList
线程工具类	CountDownLatch, CyclicBarrier, Semaphore
原子类	AtomicInteger, AtomicBoolean

九、真实案例：并发下载模拟

java复制编辑public class DownloadSimulator {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);

        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int fileNum = i;
            pool.submit(() -> {
                System.out.println("开始下载文件" + fileNum);
                try { Thread.sleep(2000); } catch (Exception e) {}
                System.out.println("下载完成文件" + fileNum);
            });
        }

        pool.shutdown();
    }
}

十、总结与实践建议

内容	推荐工具 / 方法
创建线程	Runnable / Callable
同步控制	synchronized, Lock
并发数据结构	ConcurrentHashMap 等
执行管理	ThreadPoolExecutor
线程通信	wait/notify，BlockingQueue
定时任务	ScheduledExecutorService

十一、拓展阅读建议

使用 ReentrantLock 精细控制线程锁行为
Java CompletableFuture 异步编程实践
使用 ForkJoinPool 实现并行递归任务
Spring Boot 中使用线程池和异步方法

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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4.2 多线程卖票例子（避免超卖）

五、线程通信机制（wait/notify）

5.1 示例：生产者-消费者模型

六、线程池（ThreadPoolExecutor）

6.1 使用 Executors 创建线程池

6.2 自定义线程池参数

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八、并发集合与工具类

九、真实案例：并发下载模拟

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