什么是并发编程？
并发编程是指多个线程同时执行不同的任务，这些线程可能共享公共资源和使用同一块代码区域。并发编程可以提高效率和响应能力，但同时也增加了编程的复杂度和潜在的问题。
什么是线程？
线程是程序执行的最小单位，它是操作系统能够进行运算调度的基本单位。一个程序可以包含多个线程，每个线程可以并发执行不同的任务。
线程的生命周期和状态
线程创建后，它会按照特定的生命周期进行运行，包括五种状态：New、Runnable、Blocked、Waiting、Terminated。
- New：线程被创建但还未启动
- Runnable：线程正在运行或等待 CPU 空闲时间运行
- Blocked：线程被阻塞等待某个资源（如输入输出或锁）
- Waiting：线程等待某个条件，直到其他线程或系统修改这个条件
- Terminated：线程执行完毕并结束
线程的创建和启动
Java 中线程可以通过继承 Thread 类或实现 Runnable 接口创建线程。创建线程后，通过调用 start() 方法启动线程。
//继承 Thread 创建线程
public class MyThread extends Thread {
public void run() {
System.out.println("Thread running...");
}
}
//实现 Runnable 接口创建线程
public class MyRunnable implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("Thread running...");
}
}
//启动线程
public static void main(String[] args) {
MyThread thread1 = new MyThread();
thread1.start();
MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread2 = new Thread(runnable);
thread2.start();
}线程间通信
线程间通信主要是指线程之间共享数据和传递消息。Java 提供了多种线程间通信的机制，如 synchronized、wait() 和 notify()、Lock 和 Condition 等。
并发编程挑战
竞态条件
当多个线程同时访问共享资源时，它们的执行序列可能会相互影响，导致结果不可预知。这种问题通常称为竞态条件。
解决方法：
- 同步（Synchronization）：通过 synchronized 关键字或显式锁保证线程互斥访问。
- 原子性（Atomicity）：将需要同时完成的一组操作合并为一个原子操作。
- 无共享状态（No Shared State）：通过将状态封装到线程中或使用不可变对象避免共享状态。
死锁
死锁指两个或多个线程互相等待对方释放资源或消息、导致所有线程都无法继续执行的状态。
解决方法：
- 避免占用过多资源
- 避免竞争和嵌套锁定
- 使用定时锁和轮询
- 使用死锁检测和恢复机制
饥饿
饥饿指某个或某些线程因始终无法获得所需的资源而无法继续执行的状态。
解决方法：
- 提高线程优先级和提升系统资源
- 公平的资源分配和独占资源
- 避免嵌套锁定和阻塞
- 使用资源池和轮换策略
并发安全和线程安全
并发安全指程序在多线程环境下仍然能够正常工作。线程安全指程序在多线程环境下保证正确性和一致性。
解决方法：
- 同步访问共享变量和使用原子操作
- 不可变对象与纯函数
- 可伸缩性与并发级别
文章评论