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Java 線程入門教程：從基礎概念到併發編程核心構件的完整學習路徑

編輯：Java 相關知識

本教程面向具備 Java 基礎、但缺乏多線程經驗的開發者。系統講解線程本質、創建啟動、數據交換、控制協作、同步互斥等核心知識，並提供完整代碼示例，助你快速掌握編寫簡單多線程程序的能力，並能閱讀理解基於線程的現有代碼。

一、線程是什麼？為什麼需要它？

定義：線程是進程內的一條執行路徑，擁有獨立的程序計數器、棧、局部變量，共享進程的堆內存、方法區、文件句柄等資源。
優勢：
1. 提高響應性（GUI/服務端主線程分派任務給後台線程）。
2. 提升吞吐率（多核 CPU 真並行，單核 CPU 重疊 IO 與計算）。
3. 簡化建模（異步事件、定時任務、生產消費等場景自然映射為獨立線程）。

二、創建並啟動線程的兩種標準方式

1. 實現 Runnable 接口（推薦）

public class MyTask implements Runnable {
    @Override public void run() { System.out.println("執行任務: " + Thread.currentThread().getName()); }
}
Thread t = new Thread(new MyTask());
t.start(); // 必須調用 start()，而非 run()

關鍵點：start() 啟動新線程並異步調用 run()；直接調用 run() 只是主線程同步執行，無併發效果。

2. 繼承 Thread 類

public class MyThread extends Thread {
    @Override public void run() { System.out.println("執行任務: " + getName()); }
}
new MyThread().start();

對比：Runnable 解耦任務與線程控制，支持線程池、Lambda、避免單繼承限制，為首選。

三、線程生命週期與狀態轉換

NEW → RUNNABLE（就緒/運行）↔ BLOCKED/WAITING/TIMED_WAITING（阻塞/等待/超時等待）→ TERMINATED（終止）。
常見觸發：sleep()、wait()、join()、IO 等待、鎖競爭、yield() 主動讓出 CPU。

四、線程數據交換與共享

共享內存：實例字段、靜態字段、堆對象——需同步保護。
線程封閉：局部變量、方法參數（棧上私有）、ThreadLocal——天然線程安全。
安全發布：final 域、volatile 域、鎖保護下的發布、線程安全容器（ConcurrentHashMap 等）。

五、線程控制基礎 API

方法	作用	注意
`sleep(ms)`	當前線程休眠，不釋放鎖	拋 InterruptedException，需處理中斷
`yield()`	提示調度器當前線程讓出 CPU	不保證調度行為，不釋放鎖
`join()`	等待目標線程終止	可帶超時，本質是 wait() 循環
`interrupt()`	設置中斷標誌，喚醒阻塞線程	需在代碼中檢查 `isInterrupted()` 或捕獲 InterruptedException
`setPriority(int)`	設置線程優先級 (1-10)	僅為調度提示，不保證執行順序

六、同步與互斥：保護共享數據

1. synchronized 關鍵字

同步方法：synchronized void method()（鎖 this / Class）。
同步塊：synchronized(lock) { ... }（顯式鎖，粒度可控）。

2. 內置鎖特性

可重入：同一線程可重複獲取同一鎖。
自動釋放：正常退出、異常拋出、wait() 時自動釋放。

3. volatile 關鍵字

保證可見性（寫入立即對其他線程可見）與有序性（禁止指令重排），不保證原子性。適用於狀態標誌、單次發布等場景。

七、線程協作：wait / notify / notifyAll

基於對象鎖的條件等待機制：

synchronized(lock) {
    while(!condition) lock.wait(); // 釋放鎖並等待
    // 條件滿足，執行業務
    lock.notifyAll(); // 通知其他等待線程
}

鐵律：while 循環檢查條件、持有鎖調用、優先 notifyAll()。

八、經典模式：生產者-消費者

class Buffer {
    final Object lock = new Object();
    Queue<Integer> q = new LinkedList<>();
    final int MAX = 10;
    void put(int v) throws InterruptedException {
        synchronized(lock) {
            while(q.size() == MAX) lock.wait();
            q.add(v);
            lock.notifyAll();
        }
    }
    int take() throws InterruptedException {
        synchronized(lock) {
            while(q.isEmpty()) lock.wait();
            int v = q.poll();
            lock.notifyAll();
            return v;
        }
    }
}