Java 中的多執行緒編程

Java 中的多執行緒程式設計

Java 是一門廣泛應用於軟體開發領域的程式語言，而多執行緒程式設計則是 Java 中常見的一種程式設計模式。多執行緒程式設計可以讓程式同時執行多個任務，提高程式的並發性和效率。本文將介紹 Java 中的多執行緒程式設計。

多執行緒的基本概念

多執行緒是指在同一時間內，一個程式同時執行多個任務的能力。在單核心 CPU 的情況下，多執行緒是透過 CPU 快速地在不同的任務之間切換來實現的。在多核心 CPU 的情況下，則可以同時在不同的 CPU 核心上執行多個任務。

Java 中的多執行緒實作

Java 中的多執行緒是透過建立 Thread 類別的物件來實現的，它提供了一種輕量級的執行緒實作方式。可以透過繼承 Thread 類別或實作 Runnable 介面來建立執行緒。

1. 繼承Thread 類別

繼承Thread 類別是最簡單的實作方式，只需要建立一個類別並繼承Thread 類，並重寫run() 方法來實現多線程的功能。如下所示：

public class MyThread extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        // 运行多线程的函数代码
    }
}

建立MyThread 的對象，並呼叫start() 方法來啟動新的執行緒：

MyThread thread = new MyThread();
thread.start();

2. 實作Runnable 介面

#實作Runnable 介面也是一種實作多執行緒的方式。它需要實作 run() 方法，但需要將 Runnable 介面實例傳遞到 Thread 類別的建構器中。如下所示：

public class MyRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        // 运行多线程函数代码
    }
}

建立並啟動MyRunnable 的執行緒：

MyRunnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();

Java 中的Thread 類別提供了一些其他的方法和屬性，用於監控和控制執行緒的狀態和行為，例如join()、yield()、sleep()、setPriority() 和isAlive() 等方法。

多執行緒的同步

在多執行緒程式設計中，多個執行緒可能會存取同一個資源。這時就需要確保執行緒的同步和互斥，以防止多個執行緒同時對同一個資源進行修改，造成資料混亂或錯誤。 Java 中提供了多種同步方式：

1. 同步程式碼區塊

透過synchronized 關鍵字，可以將方法或程式碼區塊標記為同步的，使得只有一個進入該區塊的執行緒可以執行其中的程式碼。如下所示：

public class SynchronizedThread {
    // 定义一个计数器
    private int count = 0;

    // 定义同步的方法
    public synchronized void addCount() {
        count++;
        System.out.println("count = " + count);
    }

    // 定义一个线程类来调用 addCount() 方法
    private static class MyThread extends Thread {
        private SynchronizedThread synchronizedThread;

        public MyThread(SynchronizedThread synchronizedThread) {
            this.synchronizedThread = synchronizedThread;
        }

        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                synchronizedThread.addCount();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SynchronizedThread synchronizedThread = new SynchronizedThread();
        MyThread thread1 = new MyThread(synchronizedThread);
        MyThread thread2 = new MyThread(synchronizedThread);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

2. 同步方法

將方法標記為 synchronized 後，該方法將是同步的，只有一個執行緒可以進入它。例如：

public synchronized void addCount() {
    count++;
    System.out.println("count = " + count);
}

3. Lock 類別

Lock 是 Java 中的另一個同步機制。它提供了更靈活的線程同步，使得在多個鎖之間切換變得更加容易。 Lock 實作了java.util.concurrent.locks.Lock 接口，並提供了以下幾個方法：

• lock()：嘗試取得鎖，如果該鎖定已經被佔用，則該執行緒會一直等待，直到獲得鎖。
• unlock()：釋放鎖定。
• tryLock()：嘗試取得鎖，如果該鎖已經被佔用，則立即傳回 false。
• newCondition()：傳回與此鎖定相關的 Condition 實例，在呼叫 Condition 的 await() 方法前，執行緒必須取得與該鎖定相關聯的物件監視器鎖定。

例如：

Lock lock = new ReentrantLock();

public void addCount() {
    lock.lock();
    try {
        count++;
        System.out.println("count = " + count);
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

Java 執行緒池

Java 中的執行緒池是一種管理和重複使用執行緒的機制。執行緒池能夠更好地利用 CPU 的效能，減少執行緒的建立和銷毀，提高程式的反應速度。在 Java 中，可以透過 ThreadPoolExecutor 類別來建立線程池。可以指定執行緒池的大小、佇列的長度等參數，也可以執行多種任務。

例如：

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
threadPool.execute(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 执行任务
    }
});

總結

Java 的多執行緒程式設計是一種提高程式並發性和效率的重要手段。除了介紹了 Java 中建立多執行緒的兩種方式（繼承 Thread 類別和實作 Runnable 介面），也介紹了多種同步方法和 Java 執行緒池。了解多執行緒程式設計的基本概念和實作方式對於開發高效、高並發的程式至關重要。

以上是Java 中的多執行緒編程的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！