Java并发编程详解：JUC与线程管理

"JUC并发编程学习笔记，主要涵盖了Java并发编程的基础概念和JUC包中的相关工具类。" 在Java编程中，JUC（Java Util Concurrency）是Java并发编程的核心工具包，提供了高级并发构建块，使得开发者能够编写更加高效、安全的多线程程序。JUC包含了许多类和接口，用于简化线程同步、线程池管理、并发容器以及原子变量等并发操作。 ## 一、什么是JUC？ JUC全称为Java Util Concurrency，它是Java标准库中的一个包，主要用于提高多线程环境下的程序性能和可维护性。JUC提供了一系列的并发工具类，如`ExecutorService`、`Semaphore`、`CountDownLatch`、`CyclicBarrier`、`Future`和`CompletableFuture`等，这些工具类可以帮助开发者更好地管理和控制并发执行的任务，减少锁的使用，避免死锁和竞态条件等问题。 在传统的并发编程中，我们通常使用`Thread`类或实现`Runnable`接口来创建和启动线程。`Thread`类代表一个可执行的线程，而`Runnable`接口定义了一个无返回值的任务。然而，这种方式有时效率较低，因为它无法直接返回结果。相比之下，`Callable`接口允许我们创建有返回值的线程任务，但Java中直接通过`Thread`启动的线程不支持`Callable`。 ## 二、线程与进程 ### 进程 - 进程是操作系统分配资源的基本单位，它是一个程序的运行实例，比如QQ.exe就是一个进程。 - 每个进程都有一组线程，至少包含一个主线程。在Java中，除了用户创建的线程外，还有垃圾回收线程（GC线程）等系统线程。 - 类比来说，一个部门可以看作是一个进程，部门中的员工则代表线程，部门共同完成一项工作，而员工可以单独或协作完成各自的任务。 ### 线程 - Java中创建线程主要有三种方式： 1. 直接继承`Thread`类并重写`run()`方法。 2. 实现`Runnable`接口并提供`run()`方法，然后通过`Thread`类的构造函数创建线程。 3. 实现`Callable`接口并提供`call()`方法，使用`FutureTask`包装后创建线程。 Java虚拟机（JVM）实际上并不能真正地创建线程，而是依赖于底层操作系统来创建和调度线程。当调用`Thread.start()`方法时，JVM会与操作系统进行交互，请求创建一个新的线程来执行任务。 ```java public synchronized void start() { // ... if (threadStatus != 0) throw new IllegalThreadStateException(); group.add(this); boolean started = false; try { start0(); // 这是一个native方法，交由操作系统处理 } catch (Throwable t) { group.uncaughtException(this, t); } if (!started) group.threadStartFailed(this); } ``` `Thread.start()`方法内部调用了`start0()`，这是一个本地（native）方法，意味着它的实现是在操作系统层面，JVM通过这个方法向操作系统发出请求来创建和启动线程。 JUC包的出现，极大地提高了Java并发编程的便利性和安全性，使得开发者能更专注于业务逻辑，而不是底层并发细节，从而编写出更健壮的并发应用。在实际开发中，熟练掌握JUC工具类的应用，对于提升程序性能和降低并发问题的出现至关重要。