Java 多線程與並發包入門：從基礎到生產者消費者模式實戰

一、多線程基礎建立方式

方式 1：繼承 Thread 類

public static class Test1Thread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("Test1," + Thread.currentThread().getName() + ", i = " + i);
        }
    }
}
// 啟動：new Test1Thread().start();

方式 2：實作 Runnable 介面（推薦）

public static class Test2Thread implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("Test2," + Thread.currentThread().getName() + ", i = " + i);
        }
    }
}
// 啟動：new Thread(new Test2Thread()).start();

方式 3：匿名內部類

new Thread(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println("Test3," + Thread.currentThread().getName() + ", i = " + i);
        }
    }
}).start();

關鍵： 必須呼叫 start() 而非 run()，才會開啟新執行緒。

二、並發包核心：共享變數的線程安全方案

問題場景：多執行緒同時 count++

private static int count = 0; // 非線程安全

方案對比

代碼實戰

// 1. 不安全
private static int count = 0;
// 2. synchronized
private static final Object lock = new Object();
synchronized(lock) { count++; }
// 3. AtomicInteger (CAS)
private static AtomicInteger ai = new AtomicInteger();
ai.incrementAndGet();
// 4. volatile (錯誤示範：++ 非原子)
private static volatile int countV = 0;
countV++; // 仍不安全！

三、生產者-消費者模式演進

核心角色

• 生產者： 生成資料放入倉庫
• 消費者： 從倉庫取出資料處理
• 倉庫： 共享緩衝區，有容量上限

版本 1：無同步（錯誤）

public int put() { carList.add(car); carNums++; return carNums; }
public int get() { if (!carList.isEmpty()) { carList.remove(...); carNums--; } return carNums; }
// 問題：race condition、資料不一致

版本 2：synchronized 方法鎖

public synchronized int put() { ... }
public synchronized int get() { ... }
// 優點：簡單；缺點：粒度粗，吞吐受限

版本 3：wait/notify 精確控制（經典）

private Object lock = new Object();
public int put() {
    synchronized (lock) {
        while (carList.size() == MAX) lock.wait(); // 滿了等待
        carList.add(car); carNums++;
        lock.notify(); // 喚醒消費者
        return carNums;
    }
}
public int get() {
    synchronized (lock) {
        while (carList.isEmpty()) lock.wait(); // 空了等待
        carList.remove(...); carNums--;
        lock.notify(); // 喚醒生產者
        return carNums;
    }
}

關鍵點：

• 用 while 而非 if 檢查條件（防止虛假喚醒）
• notify() 喚醒單一執行緒，notifyAll() 喚醒全部
• 鎖物件必須共享（此處為 lock）

線程狀態轉換

新建 → 就緒 → 執行 → 阻塞（wait/sleep/IO） → 死亡

四、生產建議

1. 優先使用 BlockingQueue（ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue）替代手寫 wait/notify
2. 大量併發計數用 LongAdder（Java 8+）優於 AtomicLong
3. 避免過早優化，先正確再快