第 8 周：多线程与线程池

本周目标

本周解决“同时做多件事”的问题。完成后，应能够：

• 说明进程与线程、并发与并行的区别
• 使用三种方式创建线程，并使用 Callable 获取返回值
• 复现线程安全问题并说明产生原因
• 使用同步代码块、Lock 和原子类保证线程安全
• 使用线程池管理线程并说明核心参数的作用
• 使用定时任务处理周期性工作

学习资料与范围

• 主课程：Java 零基础视频教程（下部）
• 视频范围：下部“多线程”章节

需要掌握的知识点

线程基础

• 进程、线程、并发、并行的区别
• 创建线程的三种方式：继承 Thread、实现 Runnable、实现 Callable
• start() 与 run() 的区别
• 线程生命周期：新建、就绪、运行、阻塞、结束
• Thread 常用方法：sleep、join、setName、setDaemon、setPriority
• 线程的优先级和名称在调试中的作用
• 主线程与子线程的执行顺序不可假设

线程安全

• 共享可变数据是线程安全问题的根源
• 复现问题：多线程对同一变量累加，结果少于预期
• 同步代码块、同步方法和锁对象的作用
• synchronized 的锁对象选择：不要锁字符串常量，尽量使用 final 对象
• Lock 接口与 ReentrantLock 的基本用法，lock() 与 unlock() 的配对
• 死锁的产生条件和避免方式：固定加锁顺序、减少锁范围
• 原子类 AtomicInteger 的作用和使用场景
• 原子性、可见性、有序性的基本含义
• volatile 能解决什么、不能解决什么
• 等待唤醒机制（wait/notify）的基本思路，了解生产者消费者模型

线程池与定时器

• 线程池的作用：复用线程、控制并发数量、统一管理任务
• ThreadPoolExecutor 的核心参数：核心线程数、最大线程数、空闲存活时间、任务队列、拒绝策略
• 为什么推荐手动创建线程池而不是无脑使用 Executors
• execute() 与 submit() 的区别
• Callable 与 Future：提交任务、获取结果、处理异常、超时控制
• 定时器：Timer 的局限与 ScheduledExecutorService 的用法
• 线程池的关闭：shutdown() 与 shutdownNow()
• 并发集合 ConcurrentHashMap 的使用场景（了解）

必做练习

1. 三种创建方式：分别使用继承 Thread、实现 Runnable、Lambda 创建并启动线程，输出线程名称。
2. 执行顺序：启动 3 个线程分别打印 1-5，观察每次运行结果顺序不同并解释原因。
3. 线程安全复现：开启 10 个线程对同一变量累加 1000 次，输出实际结果并说明为什么小于 10000。
4. 三种修复方案：分别使用同步代码块、ReentrantLock 和 AtomicInteger 修复上一题，并对比耗时。
5. 死锁复现：编写两个线程互相等待对方的锁，复现死锁并说明预防方式。
6. 带返回值的任务：使用 Callable 与 Future 让 3 个线程分别统计一部分成绩，再汇总结果。
7. 线程池基础：手动创建线程池，提交 20 个任务并输出执行顺序和线程名称。
8. 参数实验：修改核心线程数和队列长度，记录任务排队和执行情况的变化。
9. 定时任务：使用 ScheduledExecutorService 每 2 秒输出一次统计信息，运行 10 秒后关闭。
10. 并发集合：在多线程环境下分别向 HashMap 和 ConcurrentHashMap 写入数据，记录现象差异。
11. 安全测试：为并发统计方法编写测试，重复运行多次，确认结果稳定。

本周综合任务：并发批量导入与导出

为项目增加批量数据导入导出功能，并使用多线程加速。

要求：

• 支持从文本文件批量导入学生数据，数据量大时分成若干批次处理
• 使用线程池并发处理批次，批次大小和线程数量可配置
• 使用 Future 汇总各批次的成功条数和失败条数，最终输出导入报告
• 对导入失败的记录输出具体原因（学号重复、成绩非法、格式错误）
• 保证并发写入集合时的线程安全，说明采用的方案和理由
• 使用定时任务输出一次导入进度，任务结束后正确关闭线程池
• 为批量导入编写测试，验证结果与单线程导入一致
• 记录一次线程安全问题的复现过程和修复对比

本周产出

• 线程创建、线程安全和线程池练习代码
• 并发批量导入导出功能及导入报告
• 线程安全问题复现与修复记录
• 线程池参数实验记录
• 一份多线程与线程池笔记（含参数含义和常见坑）

完成检查

• 能够使用三种方式创建线程并说明区别
• 能够复现线程安全问题并解释原因
• 能够使用同步代码块、Lock 或原子类修复线程安全问题
• 能够说明死锁的产生条件和避免方式
• 能够使用 Callable 和 Future 获取线程执行结果
• 能够手动创建线程池并说明核心参数含义
• 能够使用定时任务并在结束时关闭线程池
• 已完成并发批量导入功能，结果与单线程一致