深入探究Java多线程并发编程的要点

为什么要学习多线程并发编程？

在当今互联网高并发时代下，多线程并发编程成为了必备技能。多线程并发编程可以充分发挥多核CPU的性能，提高软件系统的响应速度和吞吐量，提升用户的体验。同时它也是编写高效程序的重要手段。

多线程并发编程的要点

线程安全问题

多个线程共同访问一个资源时，如果没有合适的控制方式，可能会造成数据竞争等线程安全问题。为了解决这个问题，我们需要对共享资源进行同步控制，常见的同步控制方式有：synchronized关键字、volatile关键字、Lock接口等。

死锁问题

如果线程A持有资源a并试图获取资源b，同时线程B持有资源b并试图获取资源a，那么这两个线程就发生了死锁。避免死锁的方法是按照固定的顺序来获取共享资源

上下文切换问题

当线程数量增多时，CPU需要不断地切换上下文，这个过程会带来一定的时间开销，降低系统的效率。避免上下文切换的方法是减少线程数量、使用线程池等。

线程调度问题

Java虚拟机中线程有五种状态：新建(New)、就绪(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)、死亡(Dead)。线程的调度器负责在线程状态之间进行切换。线程调度通常由线程调度器负责，但可以通过设置线程的优先级来影响线程的调度。

示例说明

示例1

假设有一个计数器，有两个线程同时对它进行加1操作，初始值为0，期望的结果是2。但在多线程并发操作的情况下，有可能出现计数器只增加了1的情况，这是因为线程安全问题没有进行控制。通过使用synchronized关键字，即可解决该问题，示例代码如下：

public class Counter {
    private int count = 0;
    public synchronized void addCount() {
        count++;
    }
    public int getCount() {
        return count;
    }
}

示例2

假设有一家餐馆，有两个服务员和三个顾客。服务员为顾客准备菜品，每位顾客需要点两种菜品，当每个菜品需要一分钟的时间准备，顾客只等待两分钟，超时则离开。当服务员同时为两个顾客准备不同的菜品时，可能会导致死锁问题，因为每个服务员只能为一个顾客准备菜品。通过为顾客分配不同的服务员的方式，即可避免死锁问题。示例代码如下：

public class Customer implements Runnable {
    private int id;
    public Customer(int id) {
        this.id = id;
    }
    public void run() {
        int count = 0;
        while (count < 2) {
            if (Cooker.getCooker().prepareDish(this.id)) {
                System.out.println("Customer " + this.id + " gets dish " + (count + 1));
                count++;
            } else {
                System.out.println("Customer " + this.id + " waits.");
            }
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

public class Cooker {
    private static Cooker cookerInstance;
    private List<Integer> dishes = new ArrayList<Integer>();
    static {
        cookerInstance = new Cooker();
    }
    private Cooker() {
        dishes.add(1);
        dishes.add(2);
    }
    public static Cooker getCooker() {
        return cookerInstance;
    }
    public synchronized boolean prepareDish(int id) {
        for (int dish : dishes) {
            dishes.remove(dish);
            return true;
        }
        return false;
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<Customer> customerList = new ArrayList<Customer>();
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            Customer customer = new Customer(i);
            customerList.add(customer);
            new Thread(customer).start();
        }
        Thread.sleep(3000);
    }
}