Java 多線程核心篇：建立/終止、互斥鎖、線程通信、ThreadLocal 完整實戰

一、線程建立與終止

1. 兩種建立方式

• 繼承 Thread：重寫 run()，調用 start() 啟動。
• 實作 Runnable：實作 run()，包裝於 new Thread(runnable).start()。

本質：Thread 實作 Runnable，start() 觸發 JVM 調度，最終執行 Runnable.run()。

2. 正確終止線程

• 避免使用：stop() (釋放鎖不安全)、suspend() (易死鎖)。
• 推薦：interrupt() 設置中斷標記；阻塞方法 (sleep/wait) 會拋出 InterruptedException，捕獲後正常退出。

while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
    try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { break; }
}

3. 關鍵方法差異

• interrupt()：設置當前線程中斷標記為 true
• isInterrupted()：檢測中斷標記 (不清除)
• Thread.interrupted()：檢測當前線程中斷標記並清除

二、線程互斥 (同步)

1. 對象鎖 (實例鎖)

每個對象擁有一把鎖。synchronized 修飾實例方法/代碼塊 → 鎖住 this。

2. 全域鎖 (類鎖)

synchronized 修飾靜態方法/代碼塊 → 鎖住 ClassName.class。

3. 兩種同步寫法

// 同步方法
public synchronized void output(String name) { ... }

// 同步代碼塊 (更精確控制範圍)
public void output(String name) {
    synchronized(this) { ... }
}

4. synchronized 四大使用規則

1. 線程進入對象的同步方法/塊 → 其他線程訪問該對象的所有同步方法/塊阻塞。
2. 同上，即使訪問不同的同步方法/塊也會阻塞 (同一把鎖)。
3. 非同步方法/塊不受影響，可並發訪問。
4. 靜態同步鎖住 Class 物件，與實例鎖互不干擾。

三、線程通信 (wait/notify)

核心機制

• wait()：釋放鎖，進入等待集合 (WAITING)
• notify()：喚醒一個等待線程
• notifyAll()：喚醒所有等待線程

⚠️ 必須在 synchronized 方法/塊中調用，且調用對象必須為鎖對象。

wait() vs yield()

經典範例：主/子線程交替輸出

public class WaitNotifyDemo {
    static volatile boolean childTurn = false; // volatile 保證可見性

    public static void main(String[] args) {
        Object lock = new Object();
        Thread child = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 2; i++) synchronized (lock) {
                while (!childTurn) { lock.wait(); }
                for (int j = 1; j <= 3; j++) System.out.println("Child: " + j);
                childTurn = false; lock.notify();
            }
        });
        child.start();
        for (int i = 0; i < 2; i++) synchronized (lock) {
            while (childTurn) { lock.wait(); }
            for (int j = 1; j <= 3; j++) System.out.println("Main: " + j);
            childTurn = true; lock.notify();
        }
    }
}

四、ThreadLocal：線程專屬變數

原理

• 每個 Thread 內部持有 ThreadLocalMap (key=ThreadLocal, value=專屬值)
• set() 存入當前線程 Map；get() 從當前線程 Map 取值
• Key 為弱引用，線程結束後 Entry 可被 GC 回收

應用場景：線程隔離共享物件

public class ThreadLocalDemo {
    static ThreadLocal holder = new ThreadLocal<>();

    static class Passenger { String name; int age; /* getter/setter */ }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 3; i++) new Thread(() -> {
            Passenger p = new Passenger();
            p.setName(randomName()); p.setAge(randomAge());
            holder.set(p); // 綁定當前線程
            new ModuleA().print();
            new ModuleB().print();
        }).start();
    }

    static class ModuleA { void print() { System.out.println("A: " + holder.get()); } }
    static class ModuleB { void print() { System.out.println("B: " + holder.get()); } }
}

多線程共享變數 (需同步)

static volatile int count = 100;
static class Dec { synchronized void dec() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " dec -> " + --count); } }
static class Inc { synchronized void inc() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " inc -> " + (count += 2)); } }