Java多线程全解笔记｜从进程线程到线程池+并发集合（面试干货）

Java多线程全解笔记｜从进程线程到线程池+并发集合（面试干货）

前言

本文整合Java多线程核心知识点：进程&线程基础、线程5大状态、synchronized同步、wait/notify通信、线程池、Callable、Lock锁、并发安全集合，覆盖课堂重点+高频面试题，适合复习、面试复盘。

一、进程与线程基础

1.进程

操作系统中独立运行的应用程序，OS支持多进程并发：

- 微观：串行执行，轮流抢占CPU时间片；
- 宏观：并行运行，看起来同时执行。

2.线程

进程内的独立任务单元，轻量化进程，一个进程包含多条线程。

1. 主线程： main() 方法所在线程，程序入口。
2. 内存特点- 栈：线程私有，存局部变量；
- 堆：进程共享，所有线程共用存放对象。
3. 创建线程3种方式（必考）
|实现方式|写法要点|
| ---- | ---- |
|继承Thread类|子类重写 run() ， new对象.start() 启动|
|实现Runnable接口|实现 run() ，对象传入Thread构造，start启动|
|实现Callable接口|带返回值、抛异常，配合线程池+Future使用|

注意： start() 才会创建线程、由JVM调用run；直接调用run只是普通方法。

二、线程6种生命周期状态

New(新建)→Ready(就绪)→Running(运行)→阻塞/等待→Terminated(终止)

1. New新建： new Thread() ，仅分配内存，未启动；
2. Ready就绪：调用 start() ，等待CPU时间片；
3. Running运行：抢到CPU时间片，执行run；时间片用完回到就绪；
4. Blocked阻塞：抢 synchronized 锁失败，等待释放锁；
5. TimedWaiting限时等待： sleep(毫秒) ，休眠固定时长，不释放锁；
6. Waiting无限等待： wait() / join() ，等待唤醒，释放锁；
7. Terminated终止：run方法执行完毕，线程消亡。

面试： sleep() 和 wait() 区别

1. sleep：Thread方法，限时休眠，不放锁、到期自动就绪；
2. wait：Object方法，无限等待，释放锁、需要notify唤醒，必须在同步代码内使用。

三、线程同步 synchronized（解决多线程数据错乱）

1.核心概念

- 临界资源：多线程共享的同一个对象；
- 原子操作：不可拆分的代码，要么全执行、要么不执行；
- 同步目的：保证原子操作不被打断，避免并发错乱。

2.两种同步写法

1. 同步代码块

java

synchronized(临界资源对象){
//原子操作代码
}


锁指定对象，只有拿到锁标记才能执行代码，没拿到进入阻塞。

2. 同步方法：方法上加 synchronized ，等价于 synchronized(this) ，锁当前实例对象。

四、线程间通信 wait & notify

Object提供的等待/通知机制，必须在同步代码块使用：

1. wait() ：释放锁+CPU，进入无限等待；
2. notify() ：随机唤醒1条等待线程；
3. notifyAll() ：唤醒全部等待线程；

通知不会立刻释放锁，要等同步代码执行完才释放。

五、线程池（开发常用，减少频繁创建销毁线程开销）

1.核心API（ java.util.concurrent 包）

1. Executor ：顶层根接口；
2. ExecutorService ：线程池常用接口，核心方法：- submit(Runnable) ：提交无返回任务；
- submit(Callable) ：提交带返回任务，返回Future接收结果；
- shutdown() ：关闭线程池。
3. Executors 工具类（快速创建线程池）- newFixedThreadPool(n) ：固定线程数量的线程池；
- newCachedThreadPool() ：动态扩容无上限线程池。

六、Callable接口（有返回值的线程任务）

1. JDK5新增，替代Runnable， V call() 有泛型返回值、可抛异常；
2. Future.get() ：阻塞获取Callable任务返回结果；
3. 分类：- 同步调用：等待方法执行完再向下走；
- 异步调用：提交任务后主线程继续执行，后续再拿结果。

七、Lock锁与读写锁（替代synchronized，灵活）

1.ReentrantLock 独占锁

java

Lock lock=new ReentrantLock();
lock.lock();//加锁
try{//业务代码
}finally{lock.unlock();//finally必释放锁，防止死锁}


2.ReentrantReadWriteLock读写锁

- 读读不互斥、读写/写读/写写全部互斥；
- 适用：读多写少场景，大幅提升并发效率。

八、并发安全集合｜面试高频对比

1.普通非安全集合（多线程并发报错）

ArrayList、HashMap、HashSet ：线程不安全、无同步锁、效率高。

2.老式安全集合（加全量synchronized，效率低）

Vector、Hashtable ：方法全同步，性能差，逐步淘汰。

3.JUC高效并发集合（ java.util.concurrent ）

1. CopyOnWriteArrayList
写时复制新数组加锁、读无锁；读多写少优先用，读安全高效。和ArrayList区别：ArrayList不安全；COW写复制、线程安全、读性能接近ArrayList。
2. ConcurrentHashMap
JDK分段锁机制，细分锁粒度，分段加锁，并发性能远高于Hashtable；不允许key/value为null。
3. ConcurrentLinkedQueue：CAS无锁实现的线程安全队列。
4. BlockingQueue阻塞队列： ArrayBlockingQueue(数组定容)、LinkedBlockingQueue(链表不定容) ，生产消费模型常用。

集合整体架构图

plaintext

Collection
├─List（有序、可重复、带索引）
│ ├ArrayList、LinkedList、Vector、CopyOnWriteArrayList
├─Set（无序、不可重复）
│ ├HashSet、TreeSet、LinkedHashSet
├─Queue（FIFO队列）
│ ├LinkedList、ConcurrentLinkedQueue、BlockingQueue实现类
Map
├HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、TreeMap


九、高频面试题汇总

1. sleep和wait区别？（见上文）
2. ArrayList和Vector/CopyOnWriteArrayList区别？
3. HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap区别？
4. 实现多线程三种方式优缺点？
5. synchronized和Lock区别？

结尾

本篇覆盖JavaSE多线程全部考点，日常开发、期末复习、面试背记均可直接使用。