Java 多線程程式設計基石：進程、線程、調用棧與調度模型

進程 vs 線程

單線程程式只有 main 主線程，語句串行執行。多線程讓程式能「一邊吃飯一邊看電視」——並發執行多個任務。

線程創建與層級關係

• 程式啟動 → JVM 建立主線程執行 main
• 主線程或其他線程可創建新線程（new Thread()、線程池等）
• 形成樹狀層級：主線程 → 子線程 → 孫線程…

併發的本質：時間片輪轉

微觀：單核 CPU 同一時刻只能執行一條指令，OS 將 CPU 時間切成極短時間片（Linux 預設 10ms），各線程輪流搶佔執行。

宏觀：多線程「同時」運行的假象。

調用棧：每個線程獨有的方法軌跡

單線程調用棧演示

main() 入棧
  → Add() 入棧
  → Add() 出棧，返回結果
  → println() 入棧
  → println() 出棧
main() 出棧，程式結束

多線程環境：每個線程擁有獨立調用棧，互不干擾，管理各自方法調用與區域變數。

必記三大鐵律

1. 共享堆記憶體：線程間共享堆、方法區，訪問快但需同步控制
2. 守護線程特性：若有非守護線程存活，JVM 不退出；僅剩守護線程時 JVM 結束
3. 搶佔式調度：JVM 採用優先級為參考的搶佔式調度，但具體執行順序由 OS + JVM 共同決定，不可依賴優先級控制業務邏輯

時間片與上下文切換

• 時間片耗盡 → 線程讓出 CPU → 上下文切換（保存/恢復暫存器、程式計數器、棧指針）
• 頻繁切換降低吞吐量，線程數不宜過多（通常 2×CPU 核心數為宜）