Java 并发编程系列（上篇）：多线程深入解析

一、开篇：走进 Java 并发编程世界

在现代软件开发中，充分利用多核 CPU 的计算能力至关重要，Java 并发编程为我们提供了实现这一目标的工具。从简单的多线程任务并行执行，到复杂的高并发系统设计，掌握并发编程是进阶 Java 工程师的关键一步。本篇作为上篇，聚焦多线程基础、线程状态、线程组与优先级、进程线程区别，以及synchronized锁的基础与状态体系。

先叠个甲，由于这一块内容是面试必问的部分，也是经常用的，内容太多，我分三篇逐步更新，从基础线程概念到线程池、锁等复杂场景。

二、Java 多线程入门：创建与核心逻辑

（一）创建线程的三种方式

1. 继承 Thread 类：线程逻辑内聚

继承Thread类，重写run方法定义线程执行体。调用start方法启动新线程（直接调用run是普通方法调用，不会新建线程）。

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行，i=" + i);}}
}public class ThreadInheritDemo {public static void main(String[] args) {MyThread thread1 = new MyThread();thread1.setName("自定义线程1");thread1.start(); MyThread thread2 = new MyThread();thread2.setName("自定义线程2");thread2.start(); }
}

运行后，两个线程交替输出，体现多线程并发执行特性，适合线程逻辑简单且无需复用的场景。

2. 实现 Runnable 接口：解耦任务与线程

将线程执行逻辑封装到Runnable实现类，避免单继承限制（Java 类仅能单继承，但可实现多个接口），方便任务逻辑复用。

class MyRunnable implements Runnable {@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行，i=" + i);}}
}public class RunnableImplDemo {public static void main(String[] args) {MyRunnable runnable = new MyRunnable();Thread threadA = new Thread(runnable, "线程A");Thread threadB = new Thread(runnable, "线程B");threadA.start();threadB.start();}
}

Runnable作为任务载体，被不同线程实例执行，常用于线程池、任务分发等场景。

3. 实现 Callable 接口：支持返回结果

Callable与Runnable类似，但call方法有返回值，需结合Future、FutureTask获取结果，适用于需线程执行产出数据的场景。

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;class MyCallable implements Callable<Integer> {@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum = 0;for (int i = 1; i <= 5; i++) {sum += i;}return sum;}
}public class CallableImplDemo {public static void main(String[] args) {MyCallable callable = new MyCallable();FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);Thread thread = new Thread(futureTask, "计算线程");thread.start();try {Integer result = futureTask.get(); System.out.println("线程计算结果：" + result);} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}}
}

futureTask.get()会阻塞直到线程执行完毕返回结果，也可设置超时时间避免永久阻塞。

二）线程关键疑问：run 与 start、重写 run 的本质

1. 为何重写 run 方法？

Thread类默认run方法体为空（public void run() {} ），重写run是为了定义线程实际执行的业务逻辑，让线程启动后执行我们期望的代码。

2. run 方法与 start 方法的区别

run 方法：普通实例方法，调用时由当前线程（调用run的线程）顺序执行run内代码，不会创建新线程。
start 方法：Thread类特殊方法，调用后触发 JVM创建新线程，并由新线程执行run逻辑。即start是 “启动新线程 + 执行任务”，run只是 “执行任务（当前线程）” 。

class TestThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("当前线程名：" + Thread.currentThread().getName());}
}public class StartRunDistinguish {public static void main(String[] args) {TestThread thread = new TestThread();thread.setName("自定义线程");thread.run(); thread.start(); }
}

输出：
当前线程名：main
当前线程名：自定义线程
清晰展示两者差异，start才是真正启动新线程的方式。

三）控制线程的常用方法

1. sleep ()：线程休眠

使当前线程暂停指定时间（毫秒），让出 CPU 但不释放对象锁（若持有锁）。常用于模拟延迟、协调执行节奏。

public class SleepUsage {public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "执行，i=" + i);try {Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}, "睡眠线程").start();}
}

线程每隔 1 秒输出，期间 CPU 可被其他线程使用，但锁资源（若涉及同步代码）不会释放。

2. join ()：线程等待

让当前线程等待目标线程执行完毕后再继续，用于协调线程执行顺序。

public class JoinUsage {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread threadA = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println("线程A执行，i=" + i);try {Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});threadA.start();threadA.join(); System.out.println("线程A执行完毕，main线程继续");}
}

“main 线程继续” 需在线程 A 执行完 3 次循环后才输出，确保执行顺序。

其实也可以这样理解，让A线程插队，当前线程main在A线程执行完毕后再执行

3. setDaemon ()：守护线程

守护线程为用户线程服务，所有用户线程结束后，守护线程自动终止（如 JVM 的 GC 线程）。需在start前设置。

public class DaemonUsage {public static void main(String[] args) {Thread daemonThread = new Thread(() -> {while (true) {System.out.println("守护线程运行中...");try {Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});daemonThread.setDaemon(true); daemonThread.start();try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("main线程结束");}
}

main 线程（用户线程）结束后，守护线程随之停止，不会无限循环。

4. yield ()：线程让步

当前线程主动让出 CPU 使用权，回到就绪状态重新参与调度，仅为 “建议”，不保证生效，用于给同优先级线程更多执行机会。

public class YieldUsage {public static void main(String[] args) {Thread thread1 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println("线程1执行，i=" + i);Thread.yield(); }});Thread thread2 = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println("线程2执行，i=" + i);}});thread1.start();thread2.start();}
}

线程 1 每次循环尝试让步，线程 2 可能更频繁执行，但因调度不确定性，结果不绝对一致。

三、Java 线程的 6 种状态：生命周期全解析

Java 线程状态定义在Thread.State枚举中，共 6 种，理解状态转换对排查线程问题、优化并发逻辑至关重要。

（一）状态枚举与含义

NEW（新建）：线程对象已创建（如new Thread() ），但未调用start，未启动。
RUNNABLE（可运行）：线程已启动（start调用后），可能正在 CPU 执行，或在就绪队列等待调度，也就是就绪状态。
BLOCKED（阻塞）：线程竞争synchronized锁失败，进入阻塞态，等待锁释放。
WAITING（等待）：线程调用Object.wait()（无超时）、Thread.join()（无超时）、LockSupport.park()等，无时限等待唤醒。
TIMED_WAITING（计时等待）：调用Thread.sleep(long)、Object.wait(long)、Thread.join(long) 、LockSupport.parkNanos/parkUntil等，限时等待，超时自动唤醒。
TERMINATED（终止）：线程执行完毕（run正常结束或抛未捕获异常），生命周期结束。

（二）状态转换示例

通过代码观察线程从新建到终止的状态变化：

public class ThreadStateAnalysis {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread thread = new Thread(() -> {try {Thread.sleep(1500); synchronized (ThreadStateAnalysis.class) {System.out.println("线程执行中，获取锁");}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});System.out.println("线程状态（NEW）：" + thread.getState()); thread.start();Thread.sleep(500); System.out.println("线程状态（TIMED_WAITING）：" + thread.getState()); Thread.sleep(1500); System.out.println("线程状态（RUNNABLE/执行中）：" + thread.getState()); thread.join(); System.out.println("线程状态（TERMINATED）：" + thread.getState()); }
}

结合getState()与线程执行逻辑，可清晰看到状态NEW→TIMED_WAITING→RUNNABLE→TERMINATED的流转。实际调试中，可借助 JConsole、VisualVM 等工具直观分析复杂状态切换。

四、线程组与线程优先级：管理与调度辅助

（一）线程组（ThreadGroup）

线程组用于批量管理线程，可统一设置优先级、捕获未处理异常等。默认情况下，新建线程加入创建它的线程所在组（通常是main线程组）。

public class ThreadGroupManagement {public static void main(String[] args) {ThreadGroup customGroup = new ThreadGroup("自定义线程组");Thread thread1 = new Thread(customGroup, () -> {System.out.println("线程1所属组：" + Thread.currentThread().getThreadGroup().getName());}, "线程1");Thread thread2 = new Thread(customGroup, () -> {System.out.println("线程2所属组：" + Thread.currentThread().getThreadGroup().getName());}, "线程2");thread1.start();thread2.start();Thread[] threads = new Thread[customGroup.activeCount()];customGroup.enumerate(threads);for (Thread t : threads) {System.out.println("线程组线程：" + t.getName());}}
}

线程组辅助批量操作，但现代并发更依赖线程池，线程组使用场景逐渐减少，了解即可。

（二）线程优先级：调度 “建议”

线程优先级是调度器优先调度的 “建议”，范围 1（最低）~10（最高），默认 5。优先级高的线程理论上获取 CPU 时间片机会更多，但不保证执行顺序（受操作系统调度策略影响）。

public class ThreadPriorityControl {public static void main(String[] args) {Thread highPriority = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println("高优先级线程执行，i=" + i);}});highPriority.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); Thread lowPriority = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 3; i++) {System.out.println("低优先级线程执行，i=" + i);}});lowPriority.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); highPriority.start();lowPriority.start();}
}

多次运行可能观察到高优先级线程更 “活跃”，但因系统调度不确定性，不能完全依赖优先级控制执行顺序，实际开发需谨慎使用。

五、进程与线程的区别：资源与执行单元

（一）核心差异对比

对比维度

进程

线程

资源分配单位

操作系统分配资源（内存、文件句柄等）的基本单位

进程内的执行单元，CPU 调度的基本单位

资源占用

独立地址空间，资源消耗大

共享进程资源（内存、文件描述符等），消耗小

上下文切换成本

高（需切换地址空间、寄存器等）

低（主要切换寄存器、程序计数器）

通信复杂度

进程间通信复杂（IPC：管道、socket 等）

线程间通信简单（共享内存）

独立性

进程间相互独立，一个崩溃不影响其他进程

线程同属进程，一个崩溃可能致进程崩溃

（二）通俗类比

以 “在线文档编辑应用” 为例：

进程：整个应用是进程，操作系统为其分配独立内存，存储代码、用户数据等，是资源隔离的单位。
线程：拼写检查、自动保存、实时协作同步等功能，作为线程共享进程内存，协作完成任务。若拼写检查线程崩溃，可能导致整个应用（进程）异常，体现线程对进程的依赖。

六、synchronized 关键字：锁的基础与状态体系

（一）锁的基本认知：基于对象的锁

Java 中每个对象均可作为锁，常说的 “类锁” 本质是Class对象的锁（Class对象在 JVM 加载类时创建，唯一对应类元数据）。通过synchronized实现同步，保障多线程下共享资源的原子性、可见性。

（二）synchronized 的三种使用形式

1. 同步实例方法（锁当前对象）
银行账户（`Account`）有一个`withdraw`方法，一个人在不同设备上同时取钱，多线程可能同时取款，需保证余额正确。

代码示例：

public class Account {private double balance;public Account(double balance) {this.balance = balance;}// 同步实例方法：锁当前对象（this）public synchronized void withdraw(double amount) {if (balance >= amount) {try {Thread.sleep(100); // 模拟业务耗时} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}balance -= amount;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取款成功，余额：" + balance);} else {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "取款失败，余额不足");}}
}

锁的是当前对象（this），若多个线程操作同一对象，会互斥。
若多个线程操作不同对象，则互不影响（每个对象有独立的锁）。

2. 同步静态方法（锁类对象）
统计网站访问量（静态变量`visitCount`），多线程并发访问需保证计数正确。

代码示例：

public class WebSite {private static int visitCount = 0;// 同步静态方法：锁类对象（WebSite.class）public static synchronized void incrementVisit() {visitCount++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "访问，总访问量：" + visitCount);}
}

锁的是类的Class对象（全局唯一），无论创建多少实例，所有线程都会互斥。
适合保护静态共享资源（如全局计数器、配置信息）。

3. 同步代码块

电商系统中，商品库存（stock）和订单号生成器（orderIdGenerator）需分别加锁。

代码示例：

public class ShoppingSystem {private int stock = 10;private static final Object STOCK_LOCK = new Object(); // 库存锁private static final Object ORDER_LOCK = new Object(); // 订单号锁private static int orderId = 0;// 扣减库存public void reduceStock() {synchronized (STOCK_LOCK) { // 锁库存专用对象if (stock > 0) {stock--;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "扣减库存成功，剩余：" + stock);} else {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "库存不足");}}}// 生成订单号public static void generateOrderId() {synchronized (ORDER_LOCK) { // 锁订单号专用对象orderId++;System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生成订单号：" + orderId);}}
}