零基础学 Java 并发编程实战教程

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啦啦啦191

发布于 2025-07-23 14:21:33

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以下是一篇关于Java并发的教程文章，涵盖了基础概念、同步机制、并发工具类以及应用实例等内容，帮助你学习Java并发编程：

并发与并行：并发是指在同一时间段内，多个任务交替执行。并行则是真正的多个任务同时执行，需要多核CPU支持。并发编程可提高程序响应速度，充分利用多核CPU能力，让耗时操作不阻塞主线程。
进程与线程：进程是操作系统资源分配的基本单位，有独立内存空间。线程是CPU调度的基本单位，共享进程的内存空间，可看作是进程内的执行单元。
线程的生命周期和状态：线程有新建（NEW）、运行（RUNNABLE）、阻塞（BLOCKED）、等待（WAITING）、超时等待（TIME_WAITING）和终止（TERMINATED）等状态。例如，通过new Thread()创建的线程处于新建状态，调用start()后进入就绪状态，获取时间片后开始运行。

竞态条件：当多个线程同时访问共享资源，且结果依赖于线程执行顺序时，会出现竞态条件。如多个线程同时修改一个共享变量，可能导致数据不一致。
synchronized关键字：可用于修饰实例方法、静态方法或代码块，保证同一时刻只有一个线程能执行被修饰的代码。修饰实例方法时，锁住当前实例对象；修饰静态方法时，锁住整个类。
volatile关键字：保证变量的可见性，一个线程修改了被volatile修饰的变量，其他线程能立即看到变化，但它不保证原子性，一般用于标志位等场景。
显式锁（ReentrantLock）：相比synchronized，ReentrantLock提供了更灵活的锁定机制，如可实现公平锁、尝试锁等。使用时需手动调用lock()获取锁，unlock()释放锁，通常在finally块中释放锁以确保锁一定能被释放。

CountDownLatch：允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。通过构造函数传入一个计数，其他线程调用countDown()方法使计数减1，等待线程调用await()方法会阻塞，直到计数为0才继续执行。
CyclicBarrier：允许多个线程相互等待，直到到达某个公共屏障点。当所有线程都调用了await()方法后，会一起继续执行后续代码，可用于多个线程协同工作的场景。
Semaphore：用来控制对有限资源的访问。通过构造函数指定资源数量，线程调用acquire()方法获取许可，若没有许可则会阻塞，调用release()方法释放许可。
BlockingQueue：是一个支持两个附加操作的队列。队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空；队列满时，存储元素的线程会等待队列空间。常见的实现有ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等，常用于生产者 - 消费者模式。

为什么使用线程池：频繁创建和销毁线程开销大，线程池可复用已创建的线程，降低资源消耗，提高响应速度和可管理性。
线程池的创建：可通过Executors工具类创建常见的线程池，如newFixedThreadPool(int nThreads)创建固定大小线程池，适用于并发任务数量相对固定的场景；newCachedThreadPool()创建缓存线程池，能根据任务量动态调整线程数量；newScheduledThreadPool(int corePoolSize)创建定时任务线程池，用于定期或延迟执行任务。也可通过ThreadPoolExecutor构造函数自定义线程池，设置核心线程数、最大线程数、存活时间等参数。

下载器：使用ExecutorService管理下载线程，CountDownLatch等待所有下载任务完成。首先创建一个ExecutorService线程池，为每个下载任务创建一个Runnable或Callable任务提交到线程池执行，同时初始化一个CountDownLatch，计数为下载任务数量，每个下载任务完成后调用countDown()，主线程调用await()等待所有任务完成后通知用户。
生产者 - 消费者模式：以BlockingQueue作为通信桥梁，生产者线程将数据放入队列，消费者线程从队列中取出数据。生产者只需调用队列的put方法，若队列满会自动阻塞等待空间；消费者调用take方法，若队列空会阻塞等待数据，无需手动处理复杂的同步逻辑。
定时任务调度：利用ScheduledExecutorService实现。通过scheduleAtFixedRate或scheduleWithFixedDelay方法，传入要执行的任务和时间间隔等参数，即可按指定频率或延迟执行任务，常用于定时备份数据、定时检查任务状态等场景。