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Java底层并发：线程、volatile

news 2025/7/5 7:56:59

在Java的并发编程中，线程、volatile关键字、原子性、临界区以及DelayQueue是一些重要概念。理解这些内容对于编写高效且线程安全的程序至关重要。

在这里插入图片描述

1. 线程的基本概念

Java中的线程是程序执行的最小单位。Java提供了多种创建线程的方式，最常用的方式是继承Thread类或实现Runnable接口。

示例代码

class MyThread extends Thread {@Overridepublic void run() {System.out.println("Thread is running");}
}public class ThreadExample {public static void main(String[] args) {MyThread thread = new MyThread();thread.start();}
}

原理分析

线程的创建和管理是由JVM和操作系统共同完成的。JVM通过线程调度算法，决定哪个线程在什么时间执行。

2. volatile关键字

volatile关键字用于修饰变量，确保对该变量的读写操作是可见的。

示例代码

class VolatileExample {private volatile boolean running = true;public void run() {while (running) {// do something}System.out.println("Stopped");}public void stop() {running = false;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {VolatileExample example = new VolatileExample();Thread thread = new Thread(example::run);thread.start();// 让线程运行一段时间Thread.sleep(1000);example.stop();}
}

原理分析

使用volatile保证了变量的可见性，并禁止指令重排序，提升了并发效率。

3. 原子性

原子性是指一个操作要么全部完成，要么全部不执行。Java中可以通过Atomic类实现原子操作。

示例代码

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;class AtomicExample {private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);public void increment() {count.incrementAndGet();}public int getCount() {return count.get();}
}public class Main {public static void main(String[] args) {AtomicExample example = new AtomicExample();example.increment();System.out.println("Count: " + example.getCount());}
}

原理分析

Atomic类使用CAS（Compare And Swap）算法实现原子性，避免了使用锁带来的性能损失。

4. 临界区

临界区是指访问共享资源的代码区域。通过synchronized关键字或显式锁来管理临界区。

示例代码

class CriticalSection {private int count = 0;public void increment() {synchronized (this) {count++;}}public int getCount() {return count;}
}

原理分析

使用synchronized可以防止多个线程同时访问临界区，从而避免数据竞争，但可能导致性能瓶颈。

5. DelayQueue

DelayQueue是一个实现了BlockingQueue接口的队列，主要用于实现延迟任务。

示例代码

import java.util.concurrent.DelayQueue;
import java.util.concurrent.Delayed;
import java.util.concurrent.TimeUnit;class DelayedItem implements Delayed {private final long delayTime;private final long expirationTime;public DelayedItem(long delayTime) {this.delayTime = delayTime;this.expirationTime = System.currentTimeMillis() + delayTime;}@Overridepublic long getDelay(TimeUnit unit) {return unit.convert(expirationTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);}@Overridepublic int compareTo(Delayed o) {return Long.compare(this.expirationTime, ((DelayedItem) o).expirationTime);}
}public class DelayQueueExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {DelayQueue<DelayedItem> queue = new DelayQueue<>();queue.put(new DelayedItem(5000));System.out.println("Waiting for item...");DelayedItem item = queue.take(); // 等待5秒System.out.println("Item is taken after delay");}
}