深入理解 Java 多线程、Lambda 表达式及线程安全最佳实践

Java 线程

线程使程序能够通过同时执行多个任务而更有效地运行。

线程可用于在不中断主程序的情况下在后台执行复杂的任务。

创建线程

有两种创建线程的方式。

扩展Thread类

可以通过扩展Thread类并覆盖其run()方法来创建线程：

public class MyThread extends Thread {public void run() {System.out.println("This code is running in a thread");}
}

实现Runnable接口

另一种创建线程的方式是实现Runnable接口：

public class MyRunnable implements Runnable {public void run() {System.out.println("This code is running in a thread");}
}

运行线程

扩展Thread类

如果类扩展Thread类，则可以通过创建类的实例并调用其start()方法来运行线程：

public class Main {public static void main(String[] args) {MyThread myThread = new MyThread();myThread.start();System.out.println("This code is outside of the thread");}
}

实现Runnable接口

如果类实现了Runnable接口，则可以通过将类的实例传递给Thread对象的构造函数，然后调用线程的start()方法来运行线程：

public class Main {public static void main(String[] args) {MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();Thread thread = new Thread(myRunnable);thread.start();System.out.println("This code is outside of the thread");}
}

区分“扩展”和“实现”线程

主要区别在于，当一个类扩展Thread类时，无法扩展任何其他类，但通过实现Runnable接口，可以扩展另一个类，例如：

class MyClass extends OtherClass implements Runnable

并发问题

因为线程与程序的其他部分同时运行，所以无法知道代码将按照什么顺序运行。当线程和主程序同时读取和写入相同的变量时，值是不可预测的。由此导致的问题称为并发问题。

示例

一个变量amount值不可预测的代码示例：

public class Main extends Thread {public static int amount = 0;public static void main(String[] args) {Main thread = new Main();thread.start();System.out.println(amount);amount++;System.out.println(amount);}public void run() {amount++;}
}

为避免并发问题，最好尽可能少地在线程之间共享属性。如果需要共享属性，一种可能的解决方案是在使用线程可以更改的任何属性之前，使用线程的isAlive()方法检查线程是否已完成运行。

示例

使用isAlive()防止并发问题：

public class Main extends Thread {public static int amount = 0;public static void main(String[] args) {Main thread = new Main();thread.start();// 等待线程完成while (thread.isAlive()) {System.out.println("Waiting...");}// 更新amount并打印其值System.out.println("Main program: " + amount);amount++;System.out.println("Main program: " + amount);}public void run() {amount++;}
}

线程池

线程池是一种管理线程的资源。它允许您创建并维护一组可重用的线程。使用线程池可以提高应用程序的性能和效率。

线程安全

线程安全是指多个线程可以访问和修改数据而不导致数据损坏。使数据线程安全的一种方法是使用同步。同步是一种机制，它允许线程一次一个地访问共享数据。

常见的线程安全问题

竞态条件：当多个线程同时访问共享数据并尝试对其进行更改时，就会发生竞态条件。这可能导致数据损坏。
原子性：原子操作是指不可分割的操作。当多个线程尝试同时执行原子操作时，可能会导致数据损坏。
可见性：当一个线程对共享数据进行更改时，其他线程必须能够看到这些更改。

避免线程安全问题

使用同步
使用不可变对象
使用原子操作

Java Lambda表达式

Lambda表达式简介

Lambda表达式是在Java 8中引入的。Lambda表达式是一小段代码块，它接受参数并返回一个值。Lambda表达式类似于方法，但它们不需要名称，并且可以直接在方法体中实现。

Lambda表达式的语法

最简单的Lambda表达式包含一个参数和一个表达式：

参数 -> 表达式

要使用多个参数，请将它们放在括号中：

(参数1, 参数2) -> 表达式

表达式是有限制的。它们必须立即返回一个值，并且不能包含变量、赋值或if或for等语句。为了执行更复杂的操作，可以使用带有花括号的代码块。如果Lambda表达式需要返回一个值，那么代码块应该有一个return语句。

(参数1, 参数2) -> { 代码块 }

Lambda表达式的使用

Lambda表达式通常作为参数传递给函数。在以下示例中，Lambda表达式作为参数传递给ArrayList的forEach()方法，以打印列表中的每个项：

import java.util.ArrayList;public class Main {public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();numbers.add(5);numbers.add(9);numbers.add(8);numbers.add(1);numbers.forEach((n) -> { System.out.println(n); });}
}

Lambda表达式的存储

如果变量的类型是仅具有一个方法的接口，那么Lambda表达式可以存储在变量中。Lambda表达式应该具有与该方法相同数量的参数和相同的返回类型。Java内置了许多这类接口，如Consumer接口（在java.util包中），它被列表使用。

import java.util.ArrayList;
import java.util.function.Consumer;public class Main {public static void main(String[] args) {ArrayList<Integer> numbers = new ArrayList<>();numbers.add(5);numbers.add(9);numbers.add(8);numbers.add(1);Consumer<Integer> method = (n) -> { System.out.println(n); };numbers.forEach(method);}
}

Lambda表达式作为方法参数

要在方法中使用Lambda表达式，该方法应该有一个以单一方法接口作为其类型的参数。调用接口的方法将运行Lambda表达式。

interface StringFunction {String run(String str);
}public class Main {public static void main(String[] args) {StringFunction exclaim = (s) -> s + "!";StringFunction ask = (s) -> s + "?";printFormatted("Hello", exclaim);printFormatted("Hello", ask);}public static void printFormatted(String str, StringFunction format) {String result = format.run(str);System.out.println(result);}
}