Java中如何使用线程(Thread)来实现并发编程？

Java是一种支持多线程编程的编程语言，线程(Thread)是Java中最基本的并发编程单元。线程在Java中被封装在Thread类中，通过创建Thread对象并调用start()方法即可创建一个新线程。通过Java中的线程机制，可以实现一些需要并发运行的任务，提高程序执行效率。

一、线程的创建和启动

Java中有两种方式来创建线程：

１.实现Runnable接口

在Java中，线程的类继承Thread类，而线程所要执行的任务则封装在Runnable接口的实现类中，线程类负责开辟线程和调用任务类中的run方法。实现Runnable接口需要实现其中的run()方法，这里需要注意的是，run()方法必须是public void类型。下面是一个简单的实现Runnable接口的示例：

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
        /*线程要执行的任务*/
    }
} 

创建Thread对象并调用start()方法实现线程的启动：

public static void main(String[] args){
    Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
    thread.start();
}

２.继承Thread类

这种方式直接继承Thread类，实现多线程代码的对象和执行逻辑融为一体。它需要实现run()方法，在run()方法中编写线程执行的代码。

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

创建Thread对象并调用start()方法实现线程的启动：

public static void main(String[] args){
    Thread thread = new MyThread();
    thread.start();
}

二、线程的状态

在Java中，线程可以存在不同状态，线程的状态由JVM按照线程运行时的情况自动维护。以下是Java线程状态的分类：

１.新建状态（New）

当一个Thread对象被创建时，就处于新建状态。

２.运行状态（Runnable）

线程启动后，就处于运行状态。此时JVM会调用线程的run()方法。

３.阻塞状态（Blocked）

当线程睡眠(sleep)、等待(wait)或被其他线程阻塞时，就处于阻塞状态。

４.无限期等待状态（Waiting）

当线程执行无限期等待时(wait())，就处于无限期等待状态。

５.计时等待状态（Timed Waiting）

当线程在等待一段时间时，就处于计时等待状态(sleep(), join()等方法)。

６.终止状态（Terminated）

线程在执行完程序后进入终止状态。

三、线程的同步

在并发编程的环境下，多个线程可以同时访问同一个数据，造成读取数据时的不确定性，也会产生“死锁”等问题。为此，Java提供了同步机制来解决这类问题。Java中的同步机制一般使用synchronized关键字来实现线程之间的同步。

synchronized关键字可以有三种用法：

１.修饰方法：

在关键字后面加上方法声明，这样方式是将整个方法都加锁，调用该方法的线程将被阻塞。

public synchronized void method(){}

２.修饰块：

在关键字后面加上作用范围的对象，这样方式是将括号中的资源加锁。

synchronized(Object){/*需要同步的代码块*/}

３.修饰类：

在关键字后面加上class关键字和类，这样方式是将整个类加锁，调用该类的线程将被阻塞。

public class MyThread extends Thread{
    /*static synchronized方式*/
    public static synchronized void method(){}    
} 

四、线程的通信

线程在运行过程中，可能需要交互信息或协调运行，这时就需要用到线程之间的通信。Java中线程通信可以使用wait()、notify()、notifyAll()三个方法来实现。

１.wait()方法

该方法使线程进入等待状态，释放对象的锁。

２.notify()方法

该方法使等待中的一个线程从等待中恢复，并重新获取对象锁。

３.notifyAll()方法

该方法使等待中的所有线程从等待中恢复，并重新获取对象锁。

注意：在使用线程之间通信时，一定要使用synchronized关键字确保线程安全。

五、线程池的使用

线程池允许我们对线程的使用进行更好的管理。常见的线程池实现类有：FixedThreadPool，CachedThreadPool，SingleThreadPool。

１.创建FixedThreadPool

当使用FixedThreadPool时，我们需要指定每个线程需要处理的任务，这就是通过实现Runnable接口来实现的。假设我们需要处理100个任务，那么创建一个有10个线程的线程池:

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
for(int i=0;i<100;i++){
    executorService.execute(new TaskObject());
}
executorService.shutdown();

我们使用ExecutorService.execute()方法将Runnable实例添加到线程池中，这样这些任务将会被线程池中的线程执行。

shutdown()方法可以使线程池中的任务执行完后关闭线程池。

２.创建CachedThreadPool

CachedThreadPool即可根据需要创建线程的线程池，线程数量无限制，如果不需要处理任务，它会自动清除线程。下面是CachedThreadPool的示例：

ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
for(int i=0;i<100;i++){
    executorService.execute(new TaskObject());
}
executorService.shutdown();

CachedThreadPool对临时任务做了很好的控制，不会浪费CPU时间。

３.创建SingleThreadPool

SingleThreadPool是只有一个线程的线程池，它可以保证任务的按顺序执行，这是非常有用的。下面是创建SingleThreadPool的示例：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
for(int i=0;i<100;i++){
    executorService.execute(new TaskObject());
}
executorService.shutdown();

运行结果一定是按顺序执行。可以看出SingleThreadPool非常适合需要顺序执行任务的场景。

六、总结

Java中的线程(Thread)是Java中最基本的并发编程单元，通过线程机制可以实现一些需要并发运行的任务，提高程序执行效率。在Java中，线程有多种创建方式，线程状态有多种分类，线程之间的同步和通信是多线程程序中必须要掌握的技能点。线程池是多线程编程中比较实用的工具，可以方便地管理线程和任务。在多线程编程中，需要注意线程的安全和资源的同步，避免出现竞争的问题。