在当今高并发的互联网时代，掌握Java多线程技术已成为开发者的必备技能。本文将系统性地讲解Java多线程的核心概念、实现方式以及高级优化技巧，帮助开发者构建高性能的并发应用程序。
一、Java多线程基础概念
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进程与线程的本质区别
进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是CPU调度的最小单位。在Java中，每个线程都拥有独立的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，但共享堆内存和方法区。 -
Java线程的生命周期
新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)和终止(Terminated)五种状态构成了线程的完整生命周期。理解这些状态的转换关系对调试多线程程序至关重要。 -
线程优先级与守护线程
Java线程优先级分为1-10级，但实际执行顺序还取决于操作系统的调度策略。守护线程(Daemon Thread)会在所有非守护线程结束时自动终止。
二、Java多线程实现方式
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继承Thread类
这是最基本的创建线程方式，但存在单继承的限制。示例代码：
java class MyThread extends Thread { public void run() { // 线程执行逻辑 } } -
实现Runnable接口
更推荐的实现方式，避免了继承限制，也更符合面向对象的设计原则。 -
使用Callable和Future
Java 5引入的Callable接口可以返回执行结果，并通过Future获取异步计算结果，适合需要返回值的场景。
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线程池(Executor框架)
Java 5提供的线程池实现能有效管理线程资源，避免频繁创建销毁线程的开销。
三、线程同步与通信
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synchronized关键字
通过对象监视器(Monitor)实现同步，可用于方法或代码块级别。 -
volatile关键字
保证变量的可见性，但不保证原子性，适合作为状态标志使用。 -
Lock接口
Java 5提供的显式锁机制，比synchronized更灵活，支持尝试获取锁、超时等待等特性。 -
原子类(Atomic)
java.util.concurrent.atomic包下的原子类通过CAS(Compare-And-Swap)实现线程安全操作。 -
线程间通信
使用wait()/notify()机制或Condition对象实现线程间的协调。
四、Java并发工具类
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CountDownLatch
允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。
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CyclicBarrier
让一组线程到达一个屏障时被阻塞，直到最后一个线程到达屏障才会继续执行。 -
Semaphore
控制同时访问特定资源的线程数量。 -
Exchanger
两个线程间的数据交换点。
五、高级并发编程技巧
- 避免死锁的4种策略
- 加锁顺序一致
- 加锁时限
- 死锁检测
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使用无锁数据结构
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并发容器选择
- ConcurrentHashMap替代Hashtable
- CopyOnWriteArrayList适合读多写少场景
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BlockingQueue实现生产者消费者模式
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Fork/Join框架
Java 7引入的并行任务框架，适合处理可分解的计算密集型任务。 -
CompletableFuture
Java 8提供的异步编程工具，支持链式调用和组合多个异步操作。
六、性能优化实战
- 线程池调优
- 核心线程数设置
- 任务队列选择
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拒绝策略配置
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锁优化技巧
- 减小锁粒度
- 锁分离
- 锁消除
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锁粗化
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避免伪共享
通过填充(Padding)或@Contended注解解决缓存行竞争问题。 -
并发测试工具
- JMH微基准测试
- 压力测试工具使用
七、常见问题与解决方案
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线程安全单例模式实现
双重检查锁定、静态内部类、枚举等方式的比较。 -
内存可见性问题
happens-before原则的实际应用。 -
上下文切换开销
如何减少不必要的线程切换。 -
线程泄漏排查
使用ThreadMXBean监控线程状态。
结语：Java多线程编程既是一门艺术，也是一门科学。开发者需要在理解底层原理的基础上，结合实际业务场景选择合适的并发模型。通过本文的系统学习，相信读者已经掌握了Java多线程的核心技术栈，能够在实际项目中游刃有余地处理各种并发问题。记住，良好的并发设计应该始终以线程安全为前提，同时兼顾性能和可维护性。
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