Java多執行緒實作詳解

Java 多執行緒可實現並發編程，提升效能和回應能力。建立執行緒可透過繼承 Thread 類別或實作 Runnable 介面。線程生命週期包括 NEW、RUNNABLE 等狀態。同步機制如互斥鎖和 synchronized 關鍵字可避免資料競爭。實戰案例展示了多執行緒下載檔案的場景，透過建立執行緒池和下載任務，實現並行下載。

Java 多執行緒詳解

#引言

多執行緒是Java 中實現並發程式設計的基本機制，它允許應用程式同時執行多個任務，以提高效能和回應能力。本文將詳細介紹 Java 多執行緒的概念、實作方式和實戰案例。

執行緒基礎

執行緒是一個輕量級進程，它與其他執行緒共享記憶體和資源。在 Java 中，執行緒使用 Thread 類別表示，它提供了啟動、暫停和停止執行緒的方法。

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的任务
    }
}

建立執行緒

可以用兩種方式建立執行緒：

• 繼承Thread 類：可以建立一個擴充Thread 類別的新類，並重寫run() 方法來指定執行緒執行的任務。
• 實作Runnable 介面：可以建立實作Runnable 介面的新類，它只是一個有run()方法的接口。然後，可以將該類別作為參數傳遞給 Thread 建構函數。

// 继承 Thread 类
class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 线程执行的任务
    }
}

// 实现 Runnable 接口
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 线程执行的任务
    }
}

執行緒生命週期

一個執行緒可以處於下列狀態之一：

• NEW：線程已被創建，但尚未啟動。
• RUNNABLE：執行緒正在運行。
• BLOCKED：執行緒正在等待資源。
• WAITING：執行緒正在等待某個條件。
• TIMED_WAITING：執行緒正在等待某個條件，最多等待指定的時間。
• TERMINATED：執行緒已完成執行。

執行緒同步

當多個執行緒存取共享資源時，必須同步它們以避免資料競爭。 Java 提供了以下同步機制：

• 互斥鎖：每個物件都有自己的內建互斥鎖，可以用來確保一次只有一個執行緒存取該物件的共享數據。
• synchronized 關鍵字：可以將 synchronized 關鍵字新增到方法或程式碼區塊中，以確保只有持有物件的鎖的執行緒才能執行該程式碼。

實戰案例：多執行緒下載檔案

以下程式碼示範如何使用多執行緒從多個 URL 下載檔案：

import java.net.URL;
import java.net.URLConnection;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

public class MultiThreadedDownloader {

    public static void main(String[] args) {
        String[] urls = {
            "https://example.com/file1.zip",
            "https://example.com/file2.zip",
            "https://example.com/file3.zip"
        };

        // 创建一个线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 为每个 URL 创建一个下载任务
        for (String url : urls) {
            executor.submit(new DownloadTask(url));
        }

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }

    static class DownloadTask implements Runnable {

        private String url;

        public DownloadTask(String url) {
            this.url = url;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                // 从 URL 建立连接
                URLConnection connection = new URL(url).openConnection();

                // 设置下载位置
                String fileName = url.substring(url.lastIndexOf('/') + 1);
                File file = new File("downloads/" + fileName);

                // 创建输出流
                FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream(file);

                // 读取输入流并写入输出流
                int read;
                while ((read = connection.getInputStream().read()) != -1) {
                    outputStream.write(read);
                }

                // 关闭流
                outputStream.close();
                connection.getInputStream().close();

                System.out.println("下载文件 " + fileName + " 完成");
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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