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Java 多線程程序設計入門：從線程創建到同步控制的完整實戰教程

編輯：Java 相關知識

傳統單線程程序在 IO 阻塞時 CPU 閒置，效率低下。Java 內建多線程支持，允許單程序並行執行多個任務（如一邊讀取網絡數據，一邊後台計算），大幅提升吞吐與響應。本文面向初學者，系統講解線程創建、優先級、同步控制、線程協作核心知識，並提供完整可運行示例。

一、線程創建的兩種標準方式

1. 繼承 Thread 類


class MyThread extends Thread {
    @Override public void run() {
        System.out.println("Thread running: " + getName());
    }
}
// 使用
Thread t = new MyThread();
t.start(); // 必須調用 start() 啟動新線程

2. 實現 Runnable 接口（推薦）


class MyTask implements Runnable {
    @Override public void run() {
        System.out.println("Task running: " + Thread.currentThread().getName());
    }
}
// 使用
Thread t = new Thread(new MyTask());
t.start();

核心區別：Runnable 將任務邏輯與線程控制解耦，同一任務實例可提交給多線程/線程池，避免單繼承限制，為企業級開發標準。

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

二、線程優先級：調度提示而非強制命令

範圍 1 (MIN_PRIORITY) ~ 10 (MAX_PRIORITY)，默認 5 (NORM_PRIORITY)。
設置：thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY)。
注意：優先級只是對線程調度器的提示，不保證執行順序，不同 JVM/OS 實現差異極大，不可依賴優先級實現業務邏輯正確性。

三、線程同步：保護共享數據的核心機制

多線程共享實例/靜態變量時，非原子操作（如 count++、先寫 name 再寫 amount）會導致數據競爭。Java 提供監視器鎖機制：

1. synchronized 關鍵字

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

原理：每個對象關聯一把鎖。線程進入同步區前獲取鎖；鎖被佔用則阻塞等待；退出同步區（正常/異常）自動釋放鎖。

2. 經典案例：生產者-消費者（倉庫模型）


class Warehouse {
    private int stock = 0;
    final int capacity = 10;
    final Object lock = new Object();
    
    // 生產
    public void produce() throws InterruptedException {
        synchronized(lock) {
            while(stock == capacity) lock.wait(); // 滿了等待
            stock++;
            System.out.println("生產: " + stock);
            lock.notifyAll(); // 通知消費者
        }
    }
    // 消費
    public void consume() throws InterruptedException {
        synchronized(lock) {
            while(stock == 0) lock.wait(); // 空了等待
            stock--;
            System.out.println("消費: " + stock);
            lock.notifyAll(); // 通知生產者
        }
    }
}

3. wait/notify 協作鐵律

必須在 synchronized(lock) 持有鎖時調用。
條件判斷用 while 循環（防虛假喚醒）。
wait() 釋放鎖並阻塞；notifyAll() 喚醒所有等待線程（推薦）。

四、同步失效常見陷阱

鎖對象不穩定：同步塊中 lock = new Object() 導致每次鎖不同。修正：final Object lock = new Object();
不同實例同步：多線程各自 synchronized(this) 但 this 指向不同對象。修正：共享同一 Runnable 實例或傳入共享鎖對象。
同步 run() 方法：導致多線程串行化。禁止。

五、完整可運行示例：生產消費模擬


public class ProducerConsumerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Warehouse wh = new Warehouse();
        // 生產者線程
        new Thread(() -> {
            try { while(true) { wh.produce(); Thread.sleep(100); } }
            catch (InterruptedException ignored) {}
        }, "Producer").start();
        // 消費者線程
        new Thread(() -> {
            try { while(true) { wh.consume(); Thread.sleep(150); } }
            catch (InterruptedException ignored) {}
        }, "Consumer").start();
    }
}

六、進階學習方向

Java 內存模型 (JMM)：happens-before、volatile、final 語義。
java.util.concurrent 高級組件：ExecutorService、ConcurrentHashMap、BlockingQueue、ReentrantLock、Condition、Semaphore、CountDownLatch、CompletableFuture。
線程池設計原理與調優實戰。
併發設計模式：Immutable、Thread-Local、Guarded Suspension、Balking、Read-Write Lock 等。
經典著作：《Java Concurrency in Practice》（Java 併發編程實戰）。

掌握線程創建、同步互斥、wait/notify 協作三大基石，是進入 Java 併發編程世界的入場券。