并发编程——线程基础.pdf

在当前的计算机科学和软件开发领域，多线程编程是一项非常核心和重要的技能。随着计算机硬件技术的发展，多核处理器的普及，多线程成为了提高程序性能和充分利用多核处理器资源的重要手段。尤其在Java这种广泛使用的技术中，多线程编程是一个不容忽视的领域。 线程的基础概念包括线程的定义、线程的启动和终止以及线程的状态。线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，是指令的集合，是执行路径。一个线程负责执行一个任务，是系统中的一种执行路径。线程不能独立存在，它必须包含在进程（Process）中，一个进程可以包含多个线程。线程与进程的关系是密切的，线程作为最小的执行单位，由操作系统进行调度，而进程则是系统进行资源分配和调度的基本单位。 进程与线程的关系中，可以发现进程拥有独立的地址空间，不同的进程之间的虚拟地址空间是相互独立的，而同一进程内的多个线程则共享相同的地址空间。这种结构让线程成为轻量级的进程，因为它们几乎不拥有系统资源，而且操作系统在调度时的开销较小。因此，启动多个线程而不是进程，可以更高效地提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。 从线程的创建方式来看，Java中线程可以通过继承Thread类、实现Runnable接口以及使用Callable和FutureTask来创建。每种方式都有其特点和适用场景，但它们都能够创建出一个Thread实例，并实现线程的启动和终止。线程的终止可以通过调用线程对象的interrupt()方法或线程的stop()方法，但需要注意的是，直接调用stop()方法是不安全的，因为这可能会导致线程的不安全退出。 线程的状态描述了一个线程在其生命周期中可能出现的多种情况，比如NEW（新建）、RUNNABLE（可运行）、BLOCKED（阻塞）、WAITING（等待）、TIMED_WAITING（计时等待）和TERMINATED（终止）。其中，RUNNABLE状态是指线程可以运行，但不一定正在运行，这取决于CPU的调度。 在多线程编程中，线程的同步是非常关键的部分。由于多个线程可能会访问和修改共享资源，因此需要通过同步机制保证数据的一致性。在Java中，可以使用synchronized关键字以及锁（Lock）等机制来实现线程间的同步。监视器、锁和条件变量是实现线程同步的核心概念。监视器是运行中的对象，它有一个锁和一个等待集。线程可以获取锁来进入监视器，并释放锁来离开监视器。锁可以保护代码块的访问，而条件变量允许线程在某个条件不满足时挂起执行，并在条件满足时恢复执行。 此外，线程同步还可以通过使用线程安全的集合，比如ConcurrentHashMap、BlockingQueue等，以及使用java.util.concurrent包下的并发工具类来实现。这些工具类提供了原子操作、线程安全的集合等，能够在多线程环境下保证数据的一致性和线程的安全性。 Java中的并发编程是一门综合技术，它涉及对线程生命周期的理解、线程间通信与协作、线程同步以及并发控制等多方面知识。通过学习并发编程，可以增强处理多任务的能力，提高程序的响应性和吞吐量。这对于构建高效、稳定、可扩展的应用程序至关重要。