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线程基础
前置知识
在阅读本章前，你需要了解：Java 基础语法、类与对象的概念、基本的面向对象编程思想。
为什么需要线程？
你有没有遇到过这样的情况：你的程序需要同时做好几件事，比如下载文件的同时播放音乐，或者在界面上响应用户点击时不让整个程序卡死？单线程程序往往一次只能做一件事情，这样用户体验就会很糟糕。解决这个问题的利器就是“线程”。
线程就是程序中能够独立执行的一条“执行路径”。你可以把它想象成多个“工作人员”同时在办公室里各自分工合作，而不是只有一个人在做所有事情。理解线程，不仅让你写出响应迅速的程序，还能利用多核 CPU 提升性能。
本章我们将从最简单的线程概念入手，逐步了解 Java 中 Thread 类和 Runnable 接口的使用，观察线程的生命周期以及它们常见的状态变化。让我们一起揭开线程的神秘面纱，慢慢掌握多任务编程的基本技能。
线程是什么？
用人话说，线程就是程序里的“小跑腿”——它负责跑自己的代码路线，不会影响其他线程的进展。
为什么需要线程？
想象你在厨房做饭，单线程就像只有一个厨师，得按顺序完成切菜、炒菜、摆盘。而多线程就像有几个厨师同时操作，效率大大提升。
线程和进程的区别
- 进程：程序运行时被操作系统分配的资源单位，可以理解为一个厨房。
- 线程：进程内部真正执行代码的控制单元，也就是厨房里的厨师。
通常一个进程至少会有一个线程，Java 程序默认启动主线程来执行。
Java 中如何创建线程？
Java 提供了两种主流方式：
- 继承
Thread类 - 实现
Runnable接口
这两种方式就像选择开车或者骑自行车，上路方式不同但最终目的地相同。
1. 继承 Thread 类
我们可以定义一个类继承 Thread，重写其中的 run() 方法，里面写线程要做的事。
java
public class SimpleThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在运行");
}
public static void main(String[] args) {
SimpleThread thread1 = new SimpleThread(); // 创建线程对象
thread1.start(); // 启动线程，执行 run 方法
}
}这段代码做了什么：
- 定义了一个
SimpleThread类，继承Thread。 - 重写
run()方法，打印当前线程名称。 - 在
main方法里，创建SimpleThread对象后调用start()，这个方法负责真正启动线程，并在新线程中调用run()。
要注意： 不能直接调用 run()，否则它就变成了普通方法调用，线程就不会并发执行了。
2. 实现 Runnable 接口
由于 Java 不支持多继承，为了扩展更多功能，推荐做法是实现 Runnable 接口。
java
public class RunnableExample implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println("Runnable 线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在运行");
}
public static void main(String[] args) {
RunnableExample runnableTask = new RunnableExample();
Thread thread2 = new Thread(runnableTask); // 把任务包装成线程
thread2.start(); // 启动线程
}
}这段代码做了什么：
1.创建一个实现 Runnable 的类，写 run() 方法。
2.新建线程时，把这个对象传给 Thread 构造器。
3.通过 start() 启动线程。
这也是企业级项目中最常见的写法，因为它解耦了任务和线程，更灵活。
线程状态和生命周期
线程从出生到结束，会经历一系列状态转换，就像人生有“出生—成长—工作—退休”的阶段。
Java 线程的状态主要有六个：
| 状态 | 描述 |
|---|---|
| NEW | 新建，线程对象被创建，尚未启动 |
| RUNNABLE | 可运行，等待 CPU 调度执行 |
| BLOCKED | 阻塞，线程等待锁释放 |
| WAITING | 等待，线程无限期等待某事件 |
| TIMED_WAITING | 限时等待，等待有超时限制的事件 |
| TERMINATED | 终止，线程完成或异常结束 |
生命周期示意
当你调用 start()，线程从 NEW 进入 RUNNABLE。CPU 什么时候分配时间片给它，它才真正执行 run() 里的代码。
线程执行完毕或异常退出后，进入 TERMINATED。
代码示例：多个线程状态转换
java
public class ThreadStateDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread = new Thread(() -> {
System.out.println("线程状态1: " + Thread.currentThread().getState()); // RUNNABLE
try {
Thread.sleep(2000); // TIMED_WAITING
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程即将结束");
});
System.out.println("线程状态0（NEW）: " + thread.getState()); // NEW
thread.start();
Thread.sleep(500);
System.out.println("线程状态2（TIMED_WAITING）: " + thread.getState()); // TIMED_WAITING
thread.join();
System.out.println("线程状态3（TERMINATED）: " + thread.getState()); // TERMINATED
}
}这段代码做了什么：
1.新建线程，还未启动，状态是 NEW。
2.启动后打印线程状态，线程进入可运行状态。
3.线程休眠 2 秒，进入 TIMED_WAITING。
4.主线程等待子线程完成，再打印终止状态。
通过 getState() 方法我们能直接观察线程的状态，非常方便调试和学习。
常见陷阱：调用 run() vs start()
很多人第一次写线程时犯了个坑，直接调用了线程的 run() 方法。这里务必注意：
java
public class ThreadPitfall {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(() -> {
System.out.println("线程运行中：" + Thread.currentThread().getName());
});
thread.run(); // 这里不会启动新线程，代码在主线程执行
thread.start(); // 这里才是真正启动线程
}
}run() 是普通方法调用，不会启动新线程，也不会并发执行。start() 才会启动新线程，异步执行 run()。
如果你不清楚这一点，可能会导致程序不是并发执行，而是顺序执行，影响性能和UI响应。
💡 实战建议
- 优先使用实现
Runnable接口的方式创建线程，增强灵活性。 - 避免重用 Thread 对象，一个线程对象启动一次后不能重新启动。
- 使用线程池（后续章节介绍）管理线程生命周期，避免资源浪费和频繁创建销毁带来的开销。
- 多线程调试很复杂，推荐使用
getState()和日志打印观察线程状态。 - 理解线程状态转变有助于定位死锁、阻塞等问题，提高代码健壮性。
延伸思考
- 你能想到哪些现实生活中的多线程场景？例如银行柜台排队服务，如何对应线程的状态转换？
- 如果两个线程都在等对方释放资源怎么办？这就是死锁，你能列举程序中可能发生死锁的例子吗？
- 主线程和子线程如何协作完成一项复杂任务？有没有安全的通信和数据共享方法？
小结
- 线程是程序中独立执行的路径，Java 提供了
Thread类和Runnable接口两种方式创建线程。 - 线程状态包括新建、可运行、阻塞、等待、限时等待和终止，理解它们有助于调试。
- 启动线程必须调用
start()，直接调用run()不会创建新线程。 - 推荐实现
Runnable接口，实现任务和线程分离，提升代码灵活性和可维护性。 - 通过实践和观察线程状态，逐步掌握多线程编程的精髓。
希望这章内容帮你迈出了多线程世界的第一步。接下来，我们会继续探索线程安全与同步，帮助你写出更加稳定高效的并发程序。祝你学习愉快！