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Java 多執行緒核心總結：基礎概念、生命週期、三種實作方式與原理深度解析

編輯：Java 相關知識

一、進程 vs 執行緒

維度	進程	執行緒
定義	執行中程式的實例，資源分配基本單位	程式執行流最小單位，CPU 調度基本單位
記憶體	獨立位址空間	共享進程記憶體（堆、方法區），私有棧、PC 計數器
建立/切換開銷	大	小（輕量級進程）
穩定性	一個進程崩潰不影響其他	一個執行緒崩潰可能導致整個進程退出
通訊方式	IPC（管道、Socket、共享記憶體）	共享變數、wait/notify、Lock、Queue 等

二、執行緒生命週期與五大狀態

NEW (新建) → RUNNABLE (就緒) ↔ RUNNING (執行)
                    ↑    ↓
              BLOCKED (阻塞) ← WAITING / TIMED_WAITING
                    ↓
              TERMINATED (終止)

NEW：new Thread() 建立物件，未呼叫 start()。
RUNNABLE：呼叫 start() 後，等待 CPU 排程。
RUNNING：獲得 CPU 時間片，執行 run()。
BLOCKED：
- 同步阻塞：等待 synchronized 鎖。
- 等待阻塞：wait()、join()、sleep()、I/O。
TERMINATED：run() 正常結束或拋出未捕獲異常。

三、三種實作多執行緒方式

1. 繼承 Thread 類別

class MyThread extends Thread {
    private String name;
    public MyThread(String name) { this.name = name; }
    @Override public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) System.out.println(name + " i=" + i);
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread("A").start();
        new MyThread("B").start();
        new MyThread("C").start();
    }
}

缺點：Java 單繼承限制，無法繼承其他業務類別。

2. 實作 Runnable 介面（推薦）

class MyTask implements Runnable {
    private String name;
    public MyTask(String name) { this.name = name; }
    @Override public void run() { /* 同前 */ }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MyTask("A")).start();
        new Thread(new MyTask("B")).start();
        new Thread(new MyTask("C")).start();
    }
}

優點：避免單繼承限制，任務與執行緒控制分離，方便傳入執行緒池。

3. 實作 Callable + FutureTask（可獲取回傳值、拋出異常）

class MyTask implements Callable<String> {
    @Override public String call() throws Exception {
        // 模擬賣票
        for (int i = 10; i > 0; i--) System.out.println("剩餘票數：" + i);
        return "售罄";
    }
}
public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FutureTask<String> ft1 = new FutureTask<>(new MyTask());
        FutureTask<String> ft2 = new FutureTask<>(new MyTask());
        new Thread(ft1).start();
        new Thread(ft2).start();
        System.out.println("執行緒1結果：" + ft1.get()); // 阻塞等待結果
        System.out.println("執行緒2結果：" + ft2.get());
    }
}

關鍵點：FutureTask 實作 RunnableFuture → Runnable，可直接丟給 Thread；get() 會阻塞直到任務完成。

四、為什麼必須呼叫 `start()` 而非 `run()`？

start()：原生方法，向 OS 申請新執行緒，完成後由 JVM 呼叫 run()。
run()：單純方法呼叫，仍在主執行緒中循序執行，不具備多執行緒特性。
原始碼中 start0() 為 native，交由 JVM 依平台實作（Windows/Linux 不同）。

五、常見誤區與最佳實踐

誤區	正確做法
同一 Thread 物件呼叫兩次 start()	會拋 `IllegalThreadStateException`，一個物件只能啟動一次。
在 run() 中直接操作 UI（Swing/JavaFX）	需用 `SwingUtilities.invokeLater` / `Platform.runLater` 切回 UI 執行緒。
大量建立 Thread 物件	使用 `ExecutorService` 執行緒池，控制併發數、重用執行緒。
共享變數未同步	用 `volatile`、`Atomic*`、`synchronized`、`Lock` 保證可見性與原子性。

總結

掌握「進程/執行緒差異、五大狀態流轉、三種實作方式優劣、start() 底層原理」是 Java 併發編程的基石。實務上首選 Runnable + 線程池，需回傳值用 Callable + Future，複雜協作再引入 CompletableFuture、CountDownLatch、Semaphore 等高階工具。