Java 多線程核心知識體系：從基礎 API 到並發控制完整總結

線程啟動：start() vs run()

// ❌ 錯誤：直接調用 run()，單線程順序執行
thread.run(); 

// ✅ 正確：start() 創建新線程，異步執行 run()
thread.start();

start() 請求 JVM 創建新線程，進入就緒狀態；run() 只是普通方法調用，不具備多線程特性。

ThreadLocal：線程隔離變量

public class ThreadLocalDemo {
    // 靜態 ThreadLocal，每線程獨立副本
    private static final ThreadLocal threadCounter = 
        ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
    
    public static void increment() {
        threadCounter.set(threadCounter.get() + 1);
    }
    
    public static int get() {
        return threadCounter.get();
    }
    
    public static void remove() {
        threadCounter.remove(); // 防內存洩漏，線程池必須調用
    }
}

• 空間換時間：每線程獨存副本，無鎖競爭
• 適用場景：數據庫連接、Session 管理、事務上下文、請求鏈路追蹤 ID
• 內存洩漏風險：線程池場景必須 remove()，否則 Key 弱引用失效，Value 強引用無法 GC

wait/notify/snotifyAll 與 IllegalMonitorStateException

// ❌ 拋出 IllegalMonitorStateException：無同步鎖
public void badWait() {
    this.wait(); // 必須在 synchronized(this) 或 synchronized 方法中
}

// ✅ 正確：持有對象鎖
public synchronized void goodWait() throws InterruptedException {
    this.wait(1000); // 釋放鎖，進入等待集
}

public synchronized void notifyOthers() {
    this.notifyAll(); // 喚醒等待集線程，進入鎖池競爭
}

核心規則：調用 wait/notify 必須持有該對象的監視器鎖，否則拋出 IllegalMonitorStateException（RuntimeException，無需捕獲）。

sleep vs wait vs yield vs suspend 對比

靜態同步 vs 實例同步

public class SyncDemo {
    // 類鎖：Class 對象，鎖住整個類
    public synchronized static void staticMethod() { }
    
    // 對象鎖：this，僅鎖住當前實例
    public synchronized void instanceMethod() { }
}

• 靜態同步方法鎖：SyncDemo.class，全類範圍互斥
• 實例同步方法鎖：this，實例範圍互斥
• 兩者互不干擾：靜態鎖不阻塞實例鎖，反之亦然

同步實例方法互斥驗證

public class SyncTest {
    public synchronized void method1() { sleep(1000); }
    public synchronized void method2() { sleep(1000); }
    
    public static void main(String[] args) {
        SyncTest obj = new SyncTest();
        new Thread(() -> obj.method1()).start(); // Thread-1
        new Thread(() -> obj.method2()).start(); // Thread-2
        // 輸出順序：method1 完成後 method2 才開始（串行）
    }
}

同一對象的多個同步實例方法互斥，因共享 this 鎖。不同對象則不互斥。

最佳實踐清單

1. 優先使用 java.util.concurrent 高級組件（ReentrantLock、CountDownLatch、Semaphore、ConcurrentHashMap）
2. 同步塊最小化：縮小鎖範圍，避免在同步中調用耗時操作/IO
3. 避免嵌套鎖：嚴格按順序獲取多把鎖，防死鎖
4. 不可變對象：無狀態天然線程安全
5. 線程池管理：Executors 或自定義 ThreadPoolExecutor，拒絕策略、監控指標
6. 異步編程：CompletableFuture、虛擬線程 (JDK 21+)