Java多线程基本概念以及避坑指南

下面是关于Java多线程基本概念以及避坑指南的完整攻略。

基本概念

线程

线程是操作系统执行的最小单位，它负责程序的运行。在Java中，线程的创建和使用由Thread类和Runnable接口完成。

可以通过以下方式创建线程：

1. 继承Thread类并重写run()方法。
2. 实现Runnable接口，并通过Thread类的构造函数将Runnable对象传递给Thread对象。

同步

同步指的是多个线程之间按照一定的顺序进行访问，以避免竞争条件下的错误。

在Java中，同步可以通过以下方式实现：

1. synchronized关键字：通过加锁方式实现同步。
2. ReentrantLock类：提供了更多的扩展选项，例如设置锁超时时间，公平性等。

竞态条件

当多个线程尝试修改相同的数据时，如果没有进行同步操作，就会出现竞态条件。

例如，一个计数器变量被多个线程访问并修改。如果多个线程同时访问计数器，就会导致计数器数值被错误地增加或减少。

避坑指南

避免死锁

死锁是指多个线程都等待其他线程释放某个资源，从而导致所有的线程都无法继续运行的情况。

为了避免死锁，应该尽量减少同步块中的代码量，并尽量使用同步工具类，例如Semaphore和CountDownLatch，以避免一个线程阻塞其他线程。

避免过分同步

过分同步会导致性能问题，因为每个线程都需要等待同步块被释放，才能继续运行。

在编写多线程应用时，要避免过分同步，并尽量将同步的代码块减少到最小防止线程之间的缓慢和浪费。

避免线程饥饿

线程饥饿是指某个线程由于等待其他线程释放锁而无法获得所需的资源。

为了避免线程饥饿，在编写多线程应用时应该尽可能使用公平锁和FIFO队列，以确保所有的线程都能公平获得并使用锁。

示例

以下是使用synchronized关键字实现同步的线程示例：

public class SynchronizedExample {

    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final SynchronizedExample example = new SynchronizedExample();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("Count: " + example.getCount());
    }
}

以上示例中，increment()和getCount()方法都使用了synchronized关键字，以确保count变量的线程安全性。

以下是使用ReentrantLock类实现同步的线程示例：

public class ReentrantLockExample {

    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private int count = 0;

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getCount() {
        lock.lock();
        try {
            return count;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final ReentrantLockExample example = new ReentrantLockExample();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                example.increment();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("Count: " + example.getCount());
    }
}

以上示例中，increment()和getCount()方法都使用了ReentrantLock类，以确保count变量的线程安全性。在使用ReentrantLock类时，需要使用try-finally块确保锁总是被释放，以避免死锁。