Java开发者必知：掌握线程生命周期的重要性

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今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点，并以文字的形式跟大家一起交流，互相学习，一个人虽可以走的更快，但一群人可以走的更远。

我是一名后端开发爱好者，工作日常接触到最多的就是Java语言啦，所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的，通过文章的形式进行输出，希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们，同时也能对自己的技术进行沉淀，加以复盘，查缺补漏。

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前言

在并发编程中，多线程是一种非常重要的技术手段，理论知识及线程创建我已经在上一章节讲过了，本章我们就不再赘述。我们都知道Java作为一种广泛应用的开发语言，提供了丰富的多线程编程支持。了解并掌握Java多线程的生命周期对于编写高效且可靠的多线程程序至关重要。所以在本文中，我将介绍Java多线程的生命周期，包括线程状态的转换和对应的方法调用，作为新一期的内容进行讲解，这也是为了帮助大家学习上能够循序渐进。

摘要

本文我的讲解思路是：首先通过简介介绍Java多线程的基本概念和特性，然后深入探讨线程的生命周期，包括线程的状态转换和相关的方法调用。此外，本文还将通过源代码解析、应用场景案例和优缺点分析等方式，帮助读者更好地理解和应用线程的生命周期。

简介

多线程是指在一个程序中同时进行多个线程的执行，每个线程具有独立的执行路径。在Java中，每个线程都有自己的生命周期，包括新建、就绪、运行、阻塞和终止等不同状态。线程状态的转换由Java虚拟机自动控制，但是开发人员可以通过方法调用来干预线程的状态。

源代码解析

在Java中，创建一个线程最常见的方式是继承Thread类或实现Runnable接口。以下是一个简单的示例代码：这里我们主要是以回顾温习为主，毕竟上一章节已经学完的内容。

代码语言：java复制

/**
 * @Author ms
 * @Date 2024-04-12 18:27
 */
public class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 线程执行的代码
        System.out.println("线程执行啦！");
    }
}


public class ThreadDemo {

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

        System.out.println("主线程执行啦！");
    }
}

在上述代码中，MyThread类继承了Thread类，并重写了run方法。在ThreadDemo 类中，创建了一个MyThread实例，并调用start方法启动线程。

执行结果肯定如下所示：

还不够熟练地同学，这里也可以再多敲敲试一下。

应用场景案例

这里我们来谈谈，多线程可以应用于的各种场景，包括并发访问共享资源、提高程序性能、实现异步任务等。以下是几个常见的应用场景案例：

并发访问共享资源：多个线程同时访问同一个共享资源时，会出现竞态条件。使用多线程可以解决并发访问共享资源的问题，提高程序的执行效率。
提高程序性能：将耗时的任务拆分成多个子任务，用多线程同时执行，可以显著提高程序的运行速度。
实现异步任务：多线程可以在后台执行耗时的操作，让程序能够同时响应用户的输入和其他事件。

优缺点分析

多线程编程有很多优点，同时也存在一些缺点，毕竟任何事物都要辩证看待。以下是对多线程编程的优缺点分析：

优点：

提高程序的执行效率，充分利用多核处理器的计算能力。
改善用户体验，使程序能够同时响应用户的输入和其他事件。
实现复杂的并发控制，提高程序的可扩展性和可维护性。

缺点：

多线程编程更加复杂，需要考虑线程安全、竞态条件等问题。
线程间的通信和同步开销较大，可能引入死锁和性能损失等问题。
调试和问题排查更加困难，因为多线程程序的执行顺序不确定。

类代码方法介绍

在Java中，线程类常用的方法有以下几种：

start()：启动线程，并调用线程的run方法。
sleep()：使线程进入休眠状态，暂停执行一段时间。
join()：等待线程执行完毕，再继续执行当前线程。
interrupt()：中断线程的执行。

熟悉上述方法后，我们就要来实战演示了。

Java代码测试用例

以下是一个简单的Java多线程测试用例，用于计算从1到10的累加和，代码演示如下，仅供参考：

代码语言：java复制

package com.example.javase.ms.threadDemo.day2;

/**
 * @Author ms
 * @Date 2024-04-12 19:09
 */
public class MyThread extends Thread {
    
    private static int sum = 0;

    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 10; i  ) {
            sum  = i;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread thread1 = new MyThread();
        MyThread thread2 = new MyThread();
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println("Sum is: "   sum);
    }
}

在上述代码中，MyThread类继承了Thread类，并重写了run方法。在主线程中，创建了两个MyThread实例，并分别启动两个线程。最后，使用join方法等待两个线程执行完毕，并打印累加和。

测试结果展示：

当程序运行时，它将创建两个线程，每个线程都会独立地计算从1到10的和。由于线程的执行是由操作系统的线程调度器控制的，所以两个线程完成计算的顺序是不确定的。但是，由于join()方法的使用，我们可以确保在主线程打印sum的值之前，两个线程都已经完成了它们的计算。结果展示如下：

其实上述代码，从执行结果上来看，不知道大家有没有发现问题！可以评论区交流下，虽然我下文也会给出对应的代码优化。

测试代码解析：

根据如上代码作出解析，以便于同学们更好的理解，分析如下：

如上测试用例展示了一个简单的多线程示例，其中创建了两个线程，每个线程都执行一个for循环来计算从1到10的整数和。这个示例使用了Thread类来创建和管理线程。

MyThread类继承了Thread类，并重写了run()方法。在run()方法中，通过一个循环计算从1到10的整数和，并将结果累加到静态变量sum中。
在main方法中，创建了两个MyThread对象：thread1和thread2，并且分别启动了这两个线程。
thread1.join();和thread2.join();这两行代码使得主线程等待thread1和thread2完成执行。join()方法确保了在主线程继续执行之前，当前线程（在这个例子中是thread1和thread2）已经终止。
最后，一旦两个线程都完成了它们的计算，主线程将打印出静态变量sum的值。

注意事项

由于sum是一个静态变量，它在所有MyThread实例之间共享。这意味着两个线程都会访问和修改同一个sum变量，这可能导致线程安全问题，如竞态条件。这里就是我上述所提到的问题。
在这个特定的例子中，由于每次只有一个线程在执行run()方法，所以不会出现竞态条件。但是，如果sum的更新是在多个线程中并发进行的，那么就需要使用同步机制来确保线程安全。

改进建议

那么如何避免潜在的线程安全问题呢？其实很简单，这里我们可以使用synchronized关键字来同步对sum的访问。优化代码如下：

代码语言：java复制

/**
 * @Author ms
 * @Date 2024-04-12 19:14
 */
public class MyThread_update extends Thread {
    private static final Object lock = new Object();
    private static int sum = 0;

    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 10; i  ) {
            synchronized (lock) {
                sum  = i;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThread_update thread1 = new MyThread_update();
        MyThread_update thread2 = new MyThread_update();
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
        System.out.println("Sum is: "   sum);
    }
}

在这个改进的版本中，我们使用了一个对象lock作为同步锁。在每次更新sum变量时，我们都会获取这个锁，这样可以确保在同一时间只有一个线程能够执行更新操作。这有助于防止多个线程同时写入sum变量，从而避免竞态条件。

然后，我们再来执行测试一下，结果展示如下：