Java 多线程详解：从基础到实战，彻底掌握并发编程核心技能

作为一名 Java 开发工程师，你一定在实际开发中遇到过需要同时处理多个任务的场景，比如：并发处理请求、异步日志写入、定时任务、高并发数据处理、多用户访问等。在这些场景中，Java 多线程（Multithreading） 是你必须掌握的核心技能。

Java 从诞生之初就对多线程提供了强大的支持。随着 Java 5 引入 java.util.concurrent 包、Java 8 的 CompletableFuture、Java 9 的 Flow API 等，Java 的并发模型越来越强大和易用。

本文将带你全面掌握：

• Java 多线程的基本概念（线程、进程、并发、并行）
• 线程的创建与启动方式（Thread、Runnable、Callable）
• 线程生命周期与状态管理
• 线程同步与线程安全（synchronized、volatile、Lock）
• 线程通信（wait/notify、Condition）
• 线程池（ExecutorService、ThreadPoolExecutor）
• 并发工具类（CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore）
• Future 与 CompletableFuture
• 多线程在实际项目中的应用场景
• 多线程常见误区与最佳实践

并通过丰富的代码示例和真实项目场景讲解，帮助你写出更高效、更安全、结构更清晰的 Java 多线程代码。

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一、什么是多线程？

✅ 线程（Thread） 是什么？

线程是操作系统调度的最小单位，一个进程中可以有多个线程，它们共享进程的资源。

✅ 进程（Process） 是什么？

进程是程序的一次执行过程，拥有独立的内存空间。

✅ 并发（Concurrency） vs 并行（Parallelism）

对比项	并发	并行
定义	多个任务交替执行（时间片轮转）	多个任务同时执行（多核 CPU）
适用场景	单核 CPU、任务切换频繁	多核 CPU、计算密集型任务

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二、线程的创建方式

✅ 方式1：继承 Thread 类

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程运行中：" + Thread.currentThread().getName());
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
    }
}

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✅ 方式2：实现 Runnable 接口

public class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程运行中：" + Thread.currentThread().getName());
    }

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

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✅ 方式3：使用 Callable 和 Future 获取返回值

public class MyCallable implements Callable {
    @Override
    public String call() {
        return "任务完成：" + Thread.currentThread().getName();
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Future future = executor.submit(new MyCallable());
        System.out.println(future.get());
        executor.shutdown();
    }
}

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三、线程的生命周期与状态

线程有 6种状态，通过 Thread.State 枚举表示：

状态	描述
NEW	线程已创建，尚未启动
RUNNABLE	正在运行或等待 CPU 资源
BLOCKED	等待获取锁（阻塞）
WAITING	无限期等待（如 Object.wait()）
TIMED_WAITING	有时间限制的等待（如 Thread.sleep()）
TERMINATED	线程已结束

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四、线程同步与线程安全

✅ 1. synchronized 关键字

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

✅ 2. ReentrantLock（显式锁）

public class Counter {
    private int count = 0;
    private Lock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

✅ 3. volatile 关键字（保证可见性）

private volatile boolean running = true;

public void stop() {
    running = false;
}

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五、线程通信机制

✅ 1. wait() / notify() / notifyAll()

synchronized (lock) {
    while (conditionNotMet) {
        lock.wait(); // 释放锁，等待通知
    }
    // 条件满足，继续执行
}

✅ 2. Condition（配合 ReentrantLock 使用）

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

lock.lock();
try {
    while (conditionNotMet) {
        condition.await();
    }
    condition.signal();
} finally {
    lock.unlock();
}

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六、线程池（ThreadPool）详解

线程池可以复用线程资源，减少频繁创建和销毁线程的开销。

✅ Java 提供的线程池（java.util.concurrent.Executors）

线程池类型	特点
newFixedThreadPool	固定大小线程池
newCachedThreadPool	缓存线程池，按需创建
newSingleThreadExecutor	单线程池，保证顺序执行
newScheduledThreadPool	支持定时任务的线程池

✅ 示例：使用线程池执行任务

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int task = i;
    executor.execute(() -> {
        System.out.println("执行任务：" + task + "，线程：" + Thread.currentThread().getName());
    });
}
executor.shutdown();

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七、并发工具类

✅ 1. CountDownLatch（倒计时门闩）

CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 执行任务
        latch.countDown();
    }).start();
}
latch.await(); // 等待所有线程完成

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✅ 2. CyclicBarrier（循环屏障）

适用于多个线程相互等待，全部到达后再继续执行。

CyclicBarrier barrier = new CyclicBarrier(3, () -> {
    System.out.println("所有线程到达屏障");
});
for (int i = 0; i < 3; i++) {
    new Thread(() -> {
        // 执行任务
        barrier.await();
    }).start();
}

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✅ 3. Semaphore（信号量）

用于控制同时访问的线程数量。

Semaphore semaphore = new Semaphore(2); // 同时允许2个线程访问
semaphore.acquire(); // 获取许可
// 执行操作
semaphore.release(); // 释放许可

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八、Future 与 CompletableFuture

✅ Future：获取异步任务的结果

Future future = executor.submit(() -> "任务完成");
String result = future.get(); // 阻塞直到任务完成

✅ CompletableFuture：链式异步编程（Java 8+）

CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 异步任务
    return "结果";
});
future.thenApply(result -> result + "处理完成")
      .thenAccept(System.out::println);

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九、多线程在实际项目中的应用场景

场景1：并发处理订单（电商系统）

List orders = getOrders();
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
orders.forEach(order -> executor.submit(() -> processOrder(order)));
executor.shutdown();

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场景2：定时任务调度（如日志清理、缓存刷新）

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {
    cleanLogs();
}, 0, 1, TimeUnit.DAYS);

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场景3：异步发送邮件（Spring Boot）

@Async
public void sendEmail(String to, String content) {
    // 发送邮件逻辑
}

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场景4：并行计算（如大数据处理）

List data = getData();
int sum = data.parallelStream().mapToInt(Integer::intValue).sum();

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十、常见误区与注意事项

误区	正确做法
忽略线程安全	使用同步机制（synchronized、Lock）
不关闭线程池	使用 executor.shutdown()
不处理异常	捕获异常或使用 UncaughtExceptionHandler
不限制线程数量	使用线程池控制并发数
直接使用 Thread.sleep() 控制顺序	使用 CountDownLatch 或 CyclicBarrier
不使用线程本地变量	使用 ThreadLocal 隔离线程数据
不使用并发工具类	使用 java.util.concurrent 包中的工具
不考虑线程复用	使用线程池复用线程
忽略 CPU 密集型任务	使用 ForkJoinPool 或 parallelStream
不使用异步编程	使用 CompletableFuture 提高响应性

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十一、总结：Java 多线程核心知识点一览表

内容	说明
线程创建方式	继承 Thread、实现 Runnable、Callable
线程状态	NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED
线程同步	synchronized、ReentrantLock、volatile
线程通信	wait/notify、Condition
线程池	FixedThreadPool、CachedThreadPool、ScheduledThreadPool
并发工具类	CountDownLatch、CyclicBarrier、Semaphore
异步编程	Future、CompletableFuture
实际应用	订单处理、定时任务、异步邮件、并行计算
最佳实践	使用线程池、显式同步、处理异常、避免死锁

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十二、附录：Java 多线程常用技巧速查表

技巧	示例
获取当前线程名	Thread.currentThread().getName()
设置线程优先级	thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY)
设置守护线程	thread.setDaemon(true)
线程休眠	Thread.sleep(1000)
中断线程	thread.interrupt()
获取线程组	Thread.currentThread().getThreadGroup()
使用 ThreadLocal	private static ThreadLocal userLocal = new ThreadLocal<>();
使用 ForkJoinPool	ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
使用并行流	list.parallelStream().forEach(...)
设置线程名称	new Thread(runnable, "MyThread")

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如果你希望系统回顾 Java 多线程编程的核心知识与实战技巧，这篇文章将为你提供完整的知识体系和实用的编程技巧。

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