Java 多線程程式設計完整指南

Java 內建支援多線程，一個多線程程式包含兩個以上可並發執行的部分，每部分稱為一個線程，定義獨立執行路徑。多線程是多任務的特殊形式，資源開銷較小，能充分利用 CPU 效能。

線程與進程關係

• 進程：作業系統分配記憶體空間，包含一或多個線程
• 線程：無法獨立存在，必須屬於某進程；進程持續執行直到所有非守護線程結束

線程生命週期五大狀態

阻塞細分：等待阻塞（wait()）、同步阻塞（synchronized 鎖失敗）、其他阻塞（sleep()、join()、I/O）。

線程優先級

• 範圍：1（MIN_PRIORITY）~ 10（MAX_PRIORITY），預設 5（NORM_PRIORITY）
• 高優先級線程較易獲得 CPU，但不保證執行順序，高度平台相依

三種建立線程方式

1. 實作 Runnable 介面（推薦）

class RunnableDemo implements Runnable {
    private Thread t; private String threadName;
    RunnableDemo(String name) { threadName = name; System.out.println("Creating " + threadName); }
    public void run() {
        System.out.println("Running " + threadName);
        try { for (int i=4; i>0; i--) { System.out.println("Thread: " + threadName + ", " + i); Thread.sleep(50); } }
        catch (InterruptedException e) { System.out.println("Thread " + threadName + " interrupted."); }
        System.out.println("Thread " + threadName + " exiting.");
    }
    public void start() { if (t==null) { t = new Thread(this, threadName); t.start(); } }
}

public class TestThread {
    public static void main(String[] args) {
        new RunnableDemo("Thread-1").start();
        new RunnableDemo("Thread-2").start();
    }
}

2. 繼承 Thread 類別

class ThreadDemo extends Thread {
    // 結構類似 RunnableDemo，但繼承 Thread
    // 本質上仍是實作 Runnable
}

3. Callable + Future（可回傳值）

public class CallableThreadTest implements Callable<Integer> {
    public static void main(String[] args) {
        CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<>(ctt);
        for (int i=0; i<100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 的迴圈變數 i=" + i);
            if (i==20) new Thread(ft, "有回傳值的線程").start();
        }
        try { System.out.println("子線程回傳值：" + ft.get()); }
        catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
    }
    @Override public Integer call() throws Exception {
        int i=0; for (; i<100; i++) System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
        return i;
    }
}

Thread 類別重要方法

靜態方法：yield()、sleep(ms)、holdsLock(obj)、currentThread()、dumpStack()。

三種建立方式比較

• Runnable/Callable：線程類別可繼承其他類別，彈性較高
• 繼承 Thread：寫法簡單，this 即為目前線程，無需呼叫 Thread.currentThread()

多線程核心概念

• 線程同步
• 線程間通訊
• 線程死鎖
• 線程控制：掛起、停止、恢復

多線程使用原則

• 理解程式是並發而非串行執行
• 善用多線程可寫出高效程式
• 避免建立過多線程：上下文切換開銷會超過執行效能增益