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Java 多線程入門核心：實現方式、生命週期、同步機制與線程通信全解析

編輯：Java 綜合教學

Java 多線程入門核心：實現方式、生命週期、同步機制與線程通信全解析

多線程是 Java 並發編程的基石。本文系統梳理線程創建、狀態流轉、常用方法、同步鎖、Lock 機制、死鎖條件與管道流通信，附完整代碼範例，助你建立扎實的並發基礎。

一、實現多線程的兩種核心方式

1. 實現 Runnable 接口（推薦）

public class MyRunnable implements Runnable {
    private final String name;
    public MyRunnable(String name) { this.name = name; }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + " 第 " + i + " 次運行");
            try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        }
        System.out.println(name + " 運行完畢停機");
    }
}

// 測試啟動
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new MyRunnable("0號機")).start();
        new Thread(new MyRunnable("1號機")).start();
    }
}

優勢：避免單繼承限制，便於共享同一任務實例，適合資源共享場景。

2. 繼承 Thread 類

public class MyThread extends Thread {
    private final String name;
    public MyThread(String name) { this.name = name; }

    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(name + " 第 " + i + " 次運行");
            try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        }
        System.out.println(name + " 運行完畢停機");
    }
}

// 測試啟動
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        new MyThread("0號機").start();
        new MyThread("1號機").start();
    }
}

缺點：佔用繼承名額，每個線程需獨立實例，不利於任務與線程分離。

二、線程五大狀態與流轉

狀態	觸發條件	說明
初始 (NEW)	`new Thread()`	線程對象創建，未調用 start()
就緒 (RUNNABLE)	`start()`	進入線程隊列，等待 CPU 調度
運行 (RUNNING)	獲得 CPU	`run()` 正在執行
阻塞 (BLOCKED)	`sleep()`/`wait()`/I/O/同步鎖	暫時放棄 CPU，釋放或持有鎖視具體方法而定
死亡 (TERMINATED)	`run()` 結束 / `stop()` / 異常	線程生命週期結束

關鍵區別：sleep() 不釋放鎖，佔用 CPU（計時）；wait() 釋放鎖，不佔用 CPU，需配合 notify()/notifyAll() 喚醒。

三、線程常用方法速查表

方法	作用	備註
`start()`	啟動線程，由 JVM 調用 `run()`	不可直接調用 `run()`，否則變單線程
`sleep(ms)`	當前線程休眠指定毫秒	靜態方法，不釋放鎖
`yield()`	當前線程讓出 CPU，重新競爭	不保證調度結果
`join()`	當前線程等待目標線程結束	常用於主線程等待子線程
`interrupt()`	中斷線程（設置中斷標誌）	需配合 `isInterrupted()` 或捕獲 `InterruptedException`
`setPriority(int)`	設置優先級 1-10	建議用 `MAX/MIN/NORM_PRIORITY` 常量，跨平台可移植
`setDaemon(true)`	標記為守護線程	JVM 僅剩守護線程時自動退出
`wait()/notify()/notifyAll()`	Object 監視器方法，需在 synchronized 內調用	實現線程協作核心

四、同步機制：synchronized vs Lock

1. synchronized 關鍵字

修飾實例方法：鎖為 this，同一實例的所有 synchronized 方法互斥。
修飾靜態方法：鎖為 ClassName.class（類鎖），全類互斥。
修飾代碼塊：synchronized(obj) { ... }，可精確控制鎖範圍與鎖對象。

每個實例擁有唯一對象鎖，類擁有唯一類鎖，兩者互不干擾。同一線程可同時持有對象鎖與類鎖（可重入）。

2. Lock 介面（java.util.concurrent.locks）

Lock lock = new ReentrantLock();
try {
    lock.lock();           // 獲取鎖，阻塞直到成功
    // 臨界區代碼
    return result;         // return 必須在 try 內，確保 finally 執行
} finally {
    lock.unlock();         // 釋放鎖，防止死鎖
}

特性	synchronized	Lock
鎖獲取失敗	無限等待	`tryLock()` 可立即返回/超時返回
公平性	非公平	可構建公平鎖 `new ReentrantLock(true)`
條件變量	`wait/notify`	`newCondition()` 支援多條件隊列
性能	低競爭優，高競爭劣	高競爭下穩定

五、死鎖四必要條件與預防

互斥條件：資源不可共享（鎖天然滿足）。
不可搶佔：持有者主動釋放（鎖天然滿足）。
請求保持：持有資源又請求新資源 → 破壞：一次性申請所有資源。
循環等待：形成環狀鏈 → 破壞：按固定順序獲取鎖。

Java 中只能人為避免條件 3、4，編碼時遵循「鎖排序法」與「嘗試性獲取鎖（tryLock）」。

六、管道流實現線程間通信

管道流提供單向通道，成對使用：

字節流：PipedInputStream / PipedOutputStream
字符流：PipedReader / PipedWriter

// 創建與連接
PipedWriter writer = new PipedWriter();
PipedReader reader = new PipedReader(writer);  // 或 writer.connect(reader)

// 生產者線程
new Thread(() -> {
    while (true) {
        writer.write("番茄，這裡是西紅柿，收到請回答\n");
        writer.flush();
        Thread.sleep(2000);
    }
}).start();

// 消費者線程
new Thread(() -> {
    int ch;
    while ((ch = reader.read()) != -1) System.out.print((char) ch);
}).start();