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Java线程学习笔记：从基础到实践的核心梳理

在Java开发中，线程是实现并发编程的核心基础，也是面试高频考点。随着多核处理器的普及，高效的线程管理能力成为开发者必备技能。这段时间通过课程学习和实践探索，我对Java线程的核心知识有了更系统的理解，现将学习心得整理如下，涵盖基础概念、创建方式、生命周期、同步机制等关键内容，助力后续开发与复习。

一、线程的核心概念：理解并发与并行

在接触线程之前，首先要区分清楚进程与线程的关系，以及并发与并行的差异，这是建立线程认知的基础。

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，每个进程都拥有独立的内存空间和系统资源，比如我们运行的Java程序就是一个进程。而线程是进程内部的执行单元，一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间（如方法区、堆），但拥有各自独立的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈。这种资源共享特性使得线程间的切换成本远低于进程，因此成为实现并发的关键。

并发与并行是容易混淆的两个概念。并发指的是多个线程在同一时间段内交替执行，从宏观上看似乎同时进行，但微观上是通过CPU的时间片轮转实现的；而并行则是多个线程在多个CPU核心上同时执行，真正实现了“同时进行”。Java线程的设计目标就是让程序能够更好地利用CPU资源，在并发场景下提升程序响应速度，在并行场景下提高任务执行效率。

二、线程的创建方式：三种核心实现路径

Java提供了三种主流的线程创建方式，每种方式都有其适用场景，理解它们的差异是正确使用线程的前提。

第一种是继承Thread类。Thread类本身实现了Runnable接口，我们通过继承Thread类并重写其run()方法来定义线程执行逻辑，然后调用start()方法启动线程。需要注意的是，start()方法的作用是通知JVM启动线程，将线程纳入调度队列，而run()方法才是线程的具体执行体。如果直接调用run()方法，本质上只是普通方法调用，无法实现并发效果。例如：

class MyThread extends Thread { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i); } } // 调用 public class ThreadTest { public static void main(String[] args) { MyThread thread1 = new MyThread(); MyThread thread2 = new MyThread(); thread1.start(); // 启动线程1 thread2.start(); // 启动线程2 } }

这种方式的缺点是Java单继承特性限制了类的扩展性，如果一个类已经继承了其他父类，就无法再继承Thread类。

第二种是实现Runnable接口。Runnable接口仅定义了一个run()抽象方法，通过实现该接口并重写run()方法，再将实现类对象作为参数传入Thread类的构造方法，即可创建线程。这种方式规避了单继承的限制，是更常用的线程创建方式。示例如下：

class MyRunnable implements Runnable { @Override public void run() { for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + i); } } } // 调用 public class RunnableTest { public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(new MyRunnable()); Thread thread2 = new Thread(new MyRunnable()); thread1.start(); thread2.start(); } }

第三种是实现Callable接口。前两种方式的run()方法没有返回值且无法抛出受检异常，而Callable接口的call()方法既可以返回结果，也能抛出异常，适用于需要获取线程执行结果的场景。使用Callable时，需要结合FutureTask类，FutureTask实现了Future接口和Runnable接口，既能作为Thread的构造参数，又能通过get()方法获取线程执行结果。例如：

class MyCallable implements Callable<Integer> { @Override public Integer call() throws Exception { int sum = 0; for (int i = 1; i <= 10; i++) { sum += i; Thread.sleep(100); } return sum; } } // 调用 public class CallableTest { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { FutureTask&lt;Integer&gt; futureTask = new FutureTask<>(new MyCallable()); Thread thread = new Thread(futureTask); thread.start(); Integer result = futureTask.get(); // 阻塞等待线程执行完成并获取结果 System.out.println("线程执行结果：" + result); } }

这里需要注意，get()方法会阻塞当前线程，直到目标线程执行完成，因此在实际开发中需谨慎使用，避免影响程序响应性。

三、线程的生命周期：六大状态与状态转换

Java线程从创建到销毁会经历一系列状态变化，JDK文档中将线程状态分为NEW（新建）、RUNNABLE（可运行）、BLOCKED（阻塞）、WAITING（等待）、TIMED_WAITING（计时等待）、TERMINATED（终止）六种，理解这些状态及转换规则是线程调度与问题排查的关键。

NEW状态是线程刚被创建但未启动的状态，此时线程仅被实例化，尚未调用start()方法，JVM未为其分配CPU资源。当调用start()方法后，线程进入RUNNABLE状态，该状态包含“就绪”和“运行中”两种情况：就绪状态的线程已被纳入JVM的线程调度队列，等待CPU时间片；当线程获得CPU资源后，便进入运行中状态，执行run()方法中的逻辑。

RUNNABLE状态的线程可能因多种原因进入阻塞或等待状态。当线程尝试获取同步锁（如synchronized修饰的方法或代码块）但该锁被其他线程占用时，会进入BLOCKED状态；当调用Object.wait()、Thread.join()等无超时参数的方法时，线程会进入WAITING状态，这种状态下线程需要等待其他线程的显式通知（如Object.notify()）才能唤醒；而调用Thread.sleep(long)、Object.wait(long)等带超时参数的方法时，线程会进入TIMED_WAITING状态，该状态无需外部通知，超时后会自动唤醒并回到RUNNABLE状态。

当线程的run()方法执行完成，或因异常退出run()方法时，线程进入TERMINATED状态，此时线程的生命周期彻底结束，无法再回到其他状态。需要特别注意的是，线程一旦终止，即使调用start()方法也会抛出IllegalThreadStateException异常。

四、线程同步：解决并发安全问题

线程共享进程资源的特性虽然提高了资源利用率，但也带来了并发安全问题。当多个线程同时操作同一共享变量时，可能会出现数据不一致的情况，这就需要通过线程同步机制来保证操作的原子性、可见性和有序性。

synchronized关键字是Java中最基础的同步机制，它可以修饰方法和代码块，通过获取对象锁来实现线程间的互斥。当一个线程获取锁后，其他尝试获取该锁的线程会进入BLOCKED状态，直到持有锁的线程释放锁。修饰非静态方法时，锁对象是当前实例对象；修饰静态方法时，锁对象是当前类的Class对象；修饰代码块时，锁对象是括号中指定的对象。例如，在实现售票系统时，使用synchronized保证售票操作的原子性：

class TicketSeller implements Runnable { private int ticketNum = 100; @Override public void run() { while (true) { synchronized (this) { // 同步代码块，锁对象为当前实例 if (ticketNum > 0) { try { Thread.sleep(10); // 模拟售票耗时 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出车票，剩余：" + --ticketNum); } else { break; } } } } }

除了synchronized，Java并发包（java.util.concurrent）还提供了Lock接口及其实现类（如ReentrantLock）来实现更灵活的同步控制。与synchronized相比，ReentrantLock支持公平锁与非公平锁的选择、可中断的锁获取、超时锁获取等特性，使用时需要显式调用lock()方法获取锁，并用unlock()方法释放锁，通常建议在finally块中释放锁，避免死锁。示例如下：

class TicketSellerLock implements Runnable { private int ticketNum = 100; private Lock lock = new ReentrantLock(); @Override public void run() { while (true) { lock.lock(); // 获取锁 try { if (ticketNum > 0) { Thread.sleep(10); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "售出车票，剩余：" + --ticketNum); } else { break; } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lock.unlock(); // 释放锁 } } } }

此外，volatile关键字也是解决并发问题的重要手段，但它仅能保证变量的可见性和有序性，无法保证原子性。当多个线程仅读取共享变量，而只有一个线程修改该变量时，使用volatile可以避免线程读取到“脏数据”，其原理是通过禁止CPU缓存和指令重排序来实现变量的实时更新。

五、线程通信与调度：实现线程间协作

在并发场景中，线程并非孤立运行，常常需要相互协作完成任务，这就涉及到线程通信与调度机制。

线程通信的核心是通过共享对象的等待/通知机制实现，主要依赖于Object类的wait()、notify()、notifyAll()方法，这些方法必须在synchronized修饰的代码块或方法中使用，否则会抛出IllegalMonitorStateException异常。wait()方法会释放当前线程持有的锁，并使线程进入WAITING状态；notify()方法会随机唤醒一个等待该锁的线程，使其进入RUNNABLE状态；notifyAll()方法则会唤醒所有等待该锁的线程。经典的“生产者-消费者”模型就是基于这种机制实现的，生产者生产数据后通知消费者消费，消费者消费完成后通知生产者继续生产，确保数据生产与消费的协调。

线程调度方面，Java提供了线程优先级机制，通过setPriority(int)方法设置线程优先级（范围1-10，默认5），优先级越高的线程获得CPU时间片的概率越大，但这只是一种概率性提示，具体调度由操作系统决定，不能依赖优先级实现精确的线程执行顺序。此外，Thread类的sleep(long)方法可以让当前线程暂停执行指定时间，期间会释放CPU资源但不会释放锁；join()方法可以让调用该方法的线程等待目标线程执行完成后再继续运行，常用于线程间的顺序控制。

六、常见问题与避坑指南

在使用Java线程的过程中，容易遇到死锁、线程泄漏等问题，掌握常见问题的成因及解决方法至关重要。

死锁是最典型的线程问题，当两个或多个线程相互持有对方需要的锁，且都不主动释放时，就会陷入无限等待的状态。例如，线程A持有锁1并等待锁2，线程B持有锁2并等待锁1，此时便会发生死锁。避免死锁的关键在于破坏死锁产生的四个必要条件（互斥条件、请求与保持条件、不剥夺条件、循环等待条件），常用方法包括按固定顺序获取锁、设置锁获取超时时间、使用tryLock()方法尝试获取锁等。

线程泄漏则是指线程完成任务后未正常终止，长期占用系统资源，导致内存泄漏或资源耗尽。常见原因包括线程中存在无限循环、未正确处理异常导致run()方法无法退出等。解决线程泄漏的方法是确保线程有明确的终止条件，在异常处理中做好资源释放和线程退出逻辑，同时可以使用线程池管理线程，避免手动创建过多线程。

七、总结与展望

通过这段时间的学习，我深刻认识到Java线程是并发编程的基石，从线程的创建与生命周期，到同步机制与线程通信，每个知识点都紧密关联，且需要结合实践才能真正掌握。线程的核心价值在于提升程序的并发能力和资源利用率，但随之而来的并发安全问题也需要通过严谨的同步控制来解决。

后续学习中，我将重点深入Java并发包的高级特性，如线程池、并发集合（ConcurrentHashMap等）、原子类（AtomicInteger等）等，这些组件是实际开发中解决并发问题的常用工具。同时，会通过更多实战案例加深对线程知识的理解，提升排查并发问题的能力，为后续开发高性能、高可靠性的Java应用打下坚实基础。