Java 線程深度解析：原理、狀態與實戰應用

為什麼需要線程？

傳統進程擁有獨立位址空間，進程間通訊昂貴且複雜（管道、訊息佇列、共享記憶體、訊號處理）。上下文切換開銷大，且同一時間只能與一個進程互動。

線程是進程內單一循序控制流，又稱「輕量級進程」。多線程共享相同位址空間，通訊簡單高效，上下文切換極快。善用多線程可大幅簡化應用設計，提升互動性、GUI 響應與伺服器吞吐量。

經典應用場景

• 網絡程式：大量文件讀寫、用戶輸入響應、動畫顯示不佔 CPU，耗時計算放後台線程，避免用戶等待
• 併發伺服器：每個客戶請求由一條線程處理，避免多進程受作業系統限制，降低開銷，充分利用 CPU

Java 線程五大狀態

Java 採用搶佔式調度，線程生命週期包含 5 個狀態：

線程釋放 CPU 的三種情形

1. 主動/被動釋放 → 重新進入就緒佇列
2. 睡眠固定時間（sleep()） → 時間到自動恢復
3. 等待特定事件喚醒（wait()）

創建線程的兩種方式

方式一：繼承 Thread 類

public class Counter extends Thread {
    public void run() { /* 線程邏輯 */ }
}

缺點：單繼承限制，無法繼承其他業務類。

方式二：實現 Runnable 接口（推薦）

public class Counter implements Runnable {
    private Thread t;
    public void run() { /* 線程邏輯 */ }
}

優點：打破單繼承限制，更靈活。

核心線程控制方法

• start()：啟動線程，調用 run()
• stop()：停止執行（已棄用，不建議使用）
• suspend()/resume()：掛起/恢復（已棄用）
• yield()：暫時讓出 CPU
• sleep(ms)：睡眠指定毫秒
• wait()/notify()/notifyAll()：線程間協作通訊

線程同步：保障共享數據一致性

Java 使用監視器模式解決同步問題。每個擁有 synchronized 方法的物件實例擁有唯一監視器：

• 同一時間只允許一線程進入監視器
• 資源被佔用時，其他線程自動等待
• 持有資源的線程釋放時調用 notify() 喚醒等待線程

線程優先級控制

• setPriority(int)：設定優先級（1-10）
• getPriority()：獲取優先級
• 高優先級線程優先執行，但需避免餓死低優先級線程

實際應用場景

• 即時數據處理、高效網絡服務
• 圖形繪製與列印
• 資料庫存取與處理
• 垃圾回收線程（JVM 內建）

掌握線程機制，是編寫高性能 Java 應用的基石。