庖丁解牛多线程，教你玩转Java并发编程

后端

2023-02-07 17:58:15

多线程编程：并发处理的指南

什么是多线程？

多线程是一种计算机科学技术，它允许程序同时执行多个任务。这可以显著提高程序的效率和性能，尤其是在需要处理大量数据或执行多个操作时。

Java 中的多线程

Java 中使用 Thread 类创建线程。每个线程都有自己独立的执行流和内存空间。线程创建后，调用 start() 方法启动线程，它会执行 run() 方法中定义的任务。

线程状态

线程有以下常见状态：

新建 (NEW) ：线程刚创建，尚未启动。
可运行 (RUNNABLE) ：线程正在运行。
阻塞 (BLOCKED) ：线程等待资源（如锁或 I/O 操作）。
等待 (WAITING) ：线程等待特定条件（如另一个线程发出的信号）。
终止 (TERMINATED) ：线程执行已完成。

线程同步

当多个线程同时访问共享资源时，可能会出现线程同步问题。为了避免数据不一致和程序崩溃，需要使用同步机制来协调线程访问。

常见的同步机制

Java 中常用的线程同步机制包括：

锁 (Lock) ：保护共享资源，线程访问资源前必须获取锁。
信号量 (Semaphore) ：控制共享资源的访问次数。
条件变量 (Condition Variable) ：等待特定条件满足，然后唤醒线程继续执行。

死锁

死锁是指两个或更多线程互相等待，导致所有线程都无法继续执行。这是多线程编程中常见的错误，也是最难解决的问题之一。

避免死锁的方法

避免循环等待。
避免嵌套锁。
使用超时机制。

Java 并发包

Java 并发包提供了一组类和接口，用于支持并发编程。

主要组件

线程池执行器 (ThreadPoolExecutor) ：管理线程池。
倒计时闩锁 (CountDownLatch) ：等待多个线程完成任务。
循环屏障 (CyclicBarrier) ：等待多个线程到达特定屏障点。
信号量 (Semaphore) ：控制共享资源的访问次数。
原子整型 (AtomicInteger) ：保证多个线程并发访问整型变量时，变量值不会被破坏。

示例代码

以下是一个使用多线程计算素数的简单示例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class PrimeCounter {

    private static final int MAX_NUMBER = 1000000;
    private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

        for (int i = 0; i < MAX_NUMBER; i++) {
            executorService.submit(() -> {
                if (isPrime(i)) {
                    count.incrementAndGet();
                }
            });
        }

        executorService.shutdown();

        while (!executorService.isTerminated()) {
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println("素数数量：" + count);
    }

    private static boolean isPrime(int number) {
        if (number <= 1) {
            return false;
        }

        for (int i = 2; i <= Math.sqrt(number); i++) {
            if (number % i == 0) {
                return false;
            }
        }

        return true;
    }
}