一、進程 vs 執行緒
- 進程：資源分配單位，擁有獨立記憶體空間（代碼、資料、堆、棧）。
- 執行緒：CPU 調度單位，隸屬於進程，共享進程記憶體（堆、方法區），各自擁有程式計數器、虛擬機棧、本地方法棧。
- Java 程式啟動即擁有主執行緒；
Thread 物件代表一條執行緒。
二、建立執行緒三種方式
| 方式 | 核心步驟 | 優缺點 |
|---|
| 繼承 Thread | 覆寫 run() → new MyThread().start() | 簡單，但單繼承限制，邏輯與執行緒控制耦合 |
| 實作 Runnable | 實作 run() → new Thread(new MyRunnable()).start() | 解耦任務與執行緒，可共享 Runnable 實例，推薦 |
| 實作 Callable + FutureTask | 實作 call() 可回傳值/拋例外 → FutureTask 包裝 → Thread 執行 | 支援回傳結果、異常傳播、可取消，配合執行緒池最佳 |
三、執行緒生命週期
NEW → RUNNABLE (start) → RUNNING (獲得 CPU)
↔ BLOCKED (鎖/IO)
↔ WAITING (wait/join/park)
↔ TIMED_WAITING (sleep/wait/join with timeout)
→ TERMINATED (run 結束/異常)
四、常用 API 速查
| 方法 | 說明 |
|---|
start() | 啟動執行緒，JVM 呼叫 run()；不可直接呼叫 run() |
sleep(ms) | 靜態方法，當前執行緒休眠，**不釋放鎖** |
yield() | 靜態方法，暗示調度器讓出 CPU，不保證成功 |
join() | 當前執行緒等待目標執行緒終止 |
interrupt() | 設定中斷標記；阻塞方法會拋 InterruptedException |
isInterrupted() | 檢查中斷標記 (不清除) |
setDaemon(true) | 設為守護執行緒 (JVM 結束時不等待) |
setPriority(int) | 1~10，僅提示調度器，不可依賴 |
五、執行緒安全與同步
5.1 核心問題：可見性、原子性、有序性
5.2 synchronized 關鍵字
// 同步實例方法：鎖 this
public synchronized void add() { ... }
// 同步靜態方法：鎖 Class 物件
public static synchronized void staticAdd() { ... }
// 同步區塊：自定義鎖物件
private final Object lock = new Object();
public void add() {
synchronized (lock) { ... }
}
5.3 volatile 關鍵字
- 保證可見性：寫入後立即刷新到主記憶體，讀取時從主記憶體載入。
- 禁止指令重排序（JMM happens-before）。
- 不保證原子性：
volatile int i; i++; 仍非原子。
5.4 Lock 介面
ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try { ... } finally { lock.unlock(); }
優於 synchronized：可中斷、可超時、公平鎖、多條件變數。
六、執行緒間通訊
6.1 wait/notify/notifyAll (Object 監視器)
- 必須在
synchronized 區塊內呼叫。
wait() 釋放鎖並進入 WAITING；notify() 喚醒單一執行緒。- 經典模式：
while (condition) wait(); 防止虛假喚醒。
6.2 Condition (Lock 專用)
Condition notFull = lock.newCondition();
Condition notEmpty = lock.newCondition();
// 生產者
lock.lock();
try { while (queue.size() == capacity) notFull.await(); queue.add(e); notEmpty.signal(); }
finally { lock.unlock(); }
6.3 高層並發工具 (JUC)
BlockingQueue：put/take 自動阻塞，生產消費首選。CountDownLatch：倒數閂，等待 N 個任務完成。CyclicBarrier：循環柵欄，N 執行緒互等。Semaphore：信號量，控制並發存取數。CompletableFuture：非阻塞組合式異步編程 (Java 8+)。
七、執行緒池
7.1 七大參數
new ThreadPoolExecutor(
corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, TimeUnit,
workQueue, threadFactory, handler)
corePoolSize：核心執行緒數（常駐）。maximumPoolSize：最大執行緒數（隊列滿時擴容）。workQueue：任務隊列（LinkedBlockingQueue 無界、ArrayBlockingQueue 有界、SynchronousQueue 直接移交）。handler：拒絕策略（AbortPolicy 拋例外、CallerRunsPolicy 呼叫者執行、DiscardOldestPolicy 捨棄最舊）。
7.2 四大預設池
| 工廠方法 | 特徵 | 適用場景 |
|---|
newFixedThreadPool(n) | core=max=n，無界隊列 | 固定並發量，長期任務 |
newCachedThreadPool() | core=0，max=Integer.MAX，SynchronousQueue | 大量短任務，自動回收 |
newSingleThreadExecutor() | core=max=1，無界隊列 | 串行執行，保證順序 |
newScheduledThreadPool(n) | 支援定時/週期任務 | 排程、延遲執行 |
生產建議：避免預設池（OOM 風險），自訂參數、命名執行緒、監控隊列積壓。
八、總結
- 優先用
Runnable/Callable + 執行緒池，避免手動 new Thread。
- 共享可變狀態 →
synchronized/Lock/volatile/AtomicXxx/ThreadLocal。
- 生產消費 →
BlockingQueue；協調 → CountDownLatch/CyclicBarrier；異步組合 → CompletableFuture。
- 掌握 JMM (Java Memory Model) 原理，理解 happens-before，寫出正確高效並發程式。
