线程基础知识讲座

线程基础知识讲座延时符Contents目录线程概念与原理线程创建与管理线程同步与通信机制线程池技术详解并发编程挑战与解决方案总结回顾与拓展延伸延时符01线程概念与原理线程定义及作用线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程的实际运作单位。线程的作用是在进程内部提供一条单一顺序的控制流，使得程序可以并发执行多个任务，提高资源利用率和系统吞吐量。进程是操作系统分配资源的基本单位，而线程是操作系统调度的基本单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等。进程间相互独立，而同一进程内的线程间可以相互通信和协作。进程与线程关系03多线程还可以用于实现异步操作，避免阻塞主线程，提高程序响应速度。01多线程可以充分利用多核处理器的并行计算能力，提高程序执行效率。02多线程适用于需要同时处理多个任务或事件的场景，如网络服务器、图形界面程序等。多线程优势与适用场景并发（Concurrency）指的是多个任务在同一时间段内交替执行，但并不一定在同一时刻同时进行。并行（Parallelism）指的是多个任务在同一时刻同时进行，需要多核处理器或分布式系统的支持。并发和并行都是为了提高系统吞吐量和资源利用率，但实现方式和应用场景有所不同。并发与并行概念区分延时符02线程创建与管理继承Thread类通过继承java.lang.Thread类并重写run()方法，可以创建一个新线程。这种方式简单直观，但Java不支持多重继承，因此如果类已经继承了其他类，则无法使用这种方式。实现Runnable接口通过实现java.lang.Runnable接口并重写run()方法，也可以创建一个新线程。这种方式更灵活，因为Java支持实现多个接口。另外，Runnable对象还可以作为参数传递给Thread构造函数。使用ExecutorService框架Java5引入了ExecutorService框架，它提供了更高级别的线程管理工具。通过创建ExecutorService实例并调用其execute()或submit()方法，可以启动新线程。这种方式更适合于需要管理多个线程的情况。创建线程方式及比较就绪(RUNNABLE)线程已经启动，正在等待CPU分配时间片。运行(RUNNING)线程获得CPU资源，正在执行任务。新建(NEW)线程刚被创建，但尚未启动。线程状态转换图解线程状态转换图解阻塞(BLOCKED)线程因为等待某个条件（如锁）而暂时停止执行。等待(WAITING)线程进入等待状态，需要等待其他线程做出一些特定动作（如通知或中断）。超时等待(TIMED_WAITING)线程进入等待状态，但等待时间有限制，超过限制时间后会自动唤醒。终止(TERMINATED)线程执行完毕或被异常终止。Thread类提供了setPriority()方法来设置线程的优先级。优先级是一个整数，范围从1（Thread.MIN_PRIORITY）到10（Thread.MAX_PRIORITY）。默认优先级为5（Thread.NORM_PRIORITY）。使用setPriority()方法优先级较高的线程获得更多的执行时间，但并不意味着优先级较低的线程不会执行。线程调度仍然取决于操作系统的具体实现。注意事项线程优先级设置方法守护线程（DaemonThread）守护线程是后台线程，当所有非守护线程结束时，守护线程也会随之结束。守护线程通常用于执行一些后台任务，如垃圾回收、资源管理等。非守护线程（UserThread）非守护线程是前台线程，当主线程结束时，非守护线程不会立即结束，而是会继续执行直到任务完成。通常情况下，我们创建的线程都是非守护线程。守护线程和非守护线程区别延时符03线程同步与通信机制竞态条件多个线程同时访问和修改共享数据时，可能导致数据不一致的问题。临界区问题一段代码或资源在同一时间内只能被一个线程访问，否则会导致数据错误。引入原因并发程序设计中，多个线程的执行顺序和时机是不确定的，需要采取措施保证数据的一致性和正确性。竞态条件和临界区问题引入通过锁机制，保证同一时间内只有一个线程可以访问临界区资源。同步锁原理锁的种类应用示例互斥锁、读写锁、自旋锁等，根据具体场景选择合适的锁类型。使用同步锁解决多线程并发访问共享资源的问题，如计数器、文件读写等。030201同步锁原理及应用示例一种用于进程间通信的同步原语，可以控制多个进程对共享资源的访问。信号量概念P操作和V操作，分别用于申请资源和释放资源。信号量操作生产者消费者问题、读者写者问题等，通过信号量实现进程间的同步和通信。应用场景信号量实现进程间通信等待/通知机制01一种线程间协作的方式，一个线程等待某个条件成立时，另一个线程通知它。实现方式02通过条件变量、事件等方式实现等待/通知机制。应用场景03多线程协同完成任务时，通过等待/通知机制实现线程间的协作和同步。例如，一个线程负责生产数据，另一个线程负责消费数据，当生产线程生产完数据后，通知消费线程进行消费。等待/通知机制介绍延时符04线程池技术详解线程池是一种多线程处理形式，通过重用已存在的线程来减少线程创建和销毁的开销，从而提高系统性能和响应速度。线程池可以有效地管理和控制线程的并发执行，降低系统资源消耗，提高系统稳定性和可靠性。线程池概念及作用线程池作用线程池概念单线程化线程池创建一个单线程的线程池，所有任务都按照提交顺序依次执行。固定大小线程池创建一个固定大小的线程池，当有新任务提交时，如果线程池中有空闲线程则立即执行，否则任务会被缓存到队列中等待执行。缓存线程池创建一个可缓存的线程池，当有新任务提交时，如果线程池中有空闲线程则立即执行，否则创建新线程执行任务。空闲线程会在一定时间后被回收。定时线程池创建一个定时执行的线程池，可以在指定时间执行或延迟执行某个任务。常见线程池类型比较线程池中的核心线程数量，即使线程处于空闲状态也不会被回收。核心线程数线程池允许的最大线程数量，当任务队列已满且当前线程数小于最大线程数时，会创建新的线程执行任务。最大线程数任务队列的容量，当任务提交时如果线程池已满，任务会被缓存到队列中等待执行。队列容量非核心线程空闲时的存活时间，超过这个时间线程会被回收。线程存活时间自定义线程池参数配置过多的线程会消耗大量的系统资源，导致系统性能下降甚至崩溃。避免创建过多的线程合理配置线程池参数注意任务提交方式及时处理异常根据系统资源和任务特性合理配置线程池参数，以达到最优的系统性能和响应速度。任务提交方式会影响任务的执行顺序和结果，需要根据具体需求选择合适的方式。在线程池使用过程中需要注意异常处理，避免因为某个任务的异常导致整个线程池崩溃。线程池使用注意事项延时符05并发编程挑战与解决方案死锁问题产生原因及避免策略死锁产生原因多线程竞争共享资源时，因互相等待对方释放资源而造成的互相阻塞现象。避免策略采用资源有序分配法，为资源编号并规定申请顺序；使用超时等待法，设置等待时间上限；使用资源分级法，将资源按重要程度分级并规定申请和释放顺序。资源耗尽问题分析及解决方案并发线程过多导致系统资源（如CPU、内存、文件句柄等）被耗尽。资源耗尽问题分析限制线程创建数量，使用线程池管理线程；优化代码，减少资源占用；及时释放不再使用的资源。解决方案使用细粒度锁，降低锁粒度；使用无锁数据结构或算法；减少锁持有时间。减少锁竞争利用CPU缓存机制，减少内存访问次数；使用局部变量代替全局变量；避免数据假共享。合理利用缓存使用异步IO、消息队列等技术提高系统吞吐量和响应速度。异步编程性能优化技巧分享压力测试模拟大量用户同时访问系统，检测系统在高并发下的性能和稳定性。竞态条件测试通过编写测试用例或工具，模拟多线程竞争共享资源的情况，检测是否存在竞态条件问题。死锁检测使用专门的死锁检测工具或算法，检测系统中是否存在死锁情况。并发测试方法介绍030201延时符06总结回顾与拓展延伸线程的基本概念线程与进程的关系线程的创建与销毁线程的同步与互斥关键知识点总结回顾线程是进程中的执行单元，负责执行进程中的代码。通过编程语言的线程库可以创建和销毁线程。线程属于进程，一个进程可以包含多个线程。多线程并发执行时，需要通过同步和互斥机制来协调线程间的操作。多线程下载器通过多线程技术实现文件并行下载，提高下载速度。线程池技术通过线程池管理线程，实现线程的复用和高效调度。并发编程实战分享一些经典的并发编程案例，如生产者消费者问题、读写锁实现等。实战案例分享线程技术的不断发展线程库和编程语言将不断提供更加强大和