Java 多線程編程全解析：從基礎到同步鎖機制

一、多線程核心概念

線程是輕量級進程，擁有獨立執行棧與程序計數器，但共享進程堆內存。多線程實現邏輯上的「並發」，單 CPU 通過時間片輪轉模擬同時運行。最大挑戰在於共享數據的競態條件與線程協作。

二、兩種創建線程的方式

1. 繼承 Thread 類

public class MyThread extends Thread {
    private final int id;
    public MyThread(int id) { this.id = id; }
    @Override public void run() {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            System.out.println("線程 " + id + " 計數：" + i);
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) new MyThread(i).start();
    }
}

缺點：Java 單繼承限制，若已繼承 Applet 等類則無法使用。

2. 實現 Runnable 接口（推薦）

public class MyTask implements Runnable {
    private final int id;
    public MyTask(int id) { this.id = id; }
    @Override public void run() { /* 同上 */ }
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) new Thread(new MyTask(i)).start();
    }
}

優勢：職責分離，任務邏輯與線程控制解耦，支援線程池提交，便於單元測試。

三、線程生命周期四大狀態

• 新建：new Thread()，未調用 start()。
• 可運行：就緒或正在運行，爭搶 CPU 時間片。
• 阻塞：等待鎖、I/O、sleep()、wait() 等，不佔用 CPU。
• 終止：run() 正常返回或拋出未捕獲異常。

棄用警告：stop()、suspend()、destroy() 皆不安全，會導致鎖釋放異常或數據不一致。

四、線程優先級與調度

優先級 1~10（默認 5），高優先級獲取 CPU 機率大但非絕對。調度策略由 JVM 與作業系統共同決定，不可依賴優先級實現業務邏輯順序。

五、同步機制深度解析

1. synchronized 方法

public synchronized void transfer(Account from, Account to, int amount) { ... }

鎖住 this 實例，同一實例的所有同步方法互斥。靜態同步方法鎖住 Class 對象。

2. synchronized 代碼塊（粒度更細）

public void transfer(Account from, Account to, int amount) {
    synchronized (from) {
        synchronized (to) { // 注意固定加鎖順序防死鎖
            // 核心轉賬邏輯
        }
    }
}

僅鎖住關鍵區段，減少鎖持有時間，提升併發吞吐。

3. 核心原理：Monitor 鎖

每個對象頭包含 Mark Word，指向 Monitor 對象。線程進入同步區需獲取 Monitor 所有權，失敗則進入 EntryList 等待；wait() 釋放鎖進入 WaitSet；notify() 喚醒移回 EntryList 重新競爭。

六、最佳實踐清單

• 優先使用 java.util.concurrent 高級組件（ReentrantLock、CountDownLatch、ConcurrentHashMap 等）。
• 不可變對象天然線程安全，盡量用 final、無 setter 設計。
• 線程局部變量（ThreadLocal）隔離狀態，避免同步。
• 嚴格避免在同步塊中調用耗時操作（I/O、網絡、睡眠）。