代码之境：橙序员的JAVA漂流（五）

文章摘要(AI生成)

第五章讲述了橙序员踏上并发峡谷的冒险旅程。他意识到并发编程中的多线程和竞态条件就像峡谷中奔腾的河流，必须通过同步机制来确保线程安全。他运用synchronized关键字来控制共享资源，避免了竞态条件的发生，确保线程访问顺序。随后，竞态秃鹫的出现象征着潜在的数据竞争问题，橙序员使用volatile关键字来防止内存可见性问题，在此过程中，他成功地击退了竞态秃鹫。随着深入峡谷，他遇到了代表线程状态的符文NEW、RUNNABLE和BLOCKED，意识到通过线程池来优化资源管理的重要性。最后，他利用wait/notify机制来实现线程之间的通信，确保了整个过程的高效协作。最终，橙序员成功收集符文，顺利通过峡谷的挑战，体现了并发编程中的各种关键技术。

第五章：并发峡谷

橙序员满怀壮志，再次踏上充满未知的征途，这次他的目的地是神秘而危险的并发峡谷。远远望去，这座峡谷宛如大地被撕裂开的一道狰狞裂缝，奔腾的河流在谷底汹涌咆哮，水面上不时涌起剧烈的波动，仿佛有无数潜藏的暗流在相互冲撞，空气中弥漫着一股令人不安的紧张气息。橙序员深知，这片峡谷是多线程和并发问题的具象化体现，是每一位程序员在技术之路上必须跨越的艰难险阻。

“跨越 Thread 河流，并制服竞态秃鹫。” 手机屏幕适时弹出的任务提示，让他的神情瞬间变得凝重起来。

“Thread 河流？竞态秃鹫？” 橙序员微微一愣，很快便恍然大悟。Thread 是java中实现并发的基础单元，而竞态条件则是多线程编程中如影随形的致命隐患，这秃鹫不正象征着这种极具威胁的隐患吗？他心里清楚，要想在并发编程的复杂世界里避免数据竞争，就必须运用同步机制来保障线程安全。

深吸一口气，橙序员平复了一下紧张的心情，迈着坚定的步伐走进了峡谷，准备迎接这场充满挑战的冒险。

穿越 Thread 河流

橙序员来到河流岸边，只见湍急的河水中，成群的 “线程” 如同脱缰的野马，各自朝着不同的方向横冲直撞，速度极快且毫无秩序。每当两个线程靠得太近，河水便会剧烈翻腾，水花四溅，仿佛它们之间正在进行一场激烈的资源争夺战。

“这就是竞态条件。” 橙序员在心中默默念叨，“如果不加以有效控制，线程之间就会为了争夺共享资源而大打出手，导致不可预见的错误。” 他的脑海中迅速浮现出曾经遇到的一个常见并发问题：多线程同时访问共享资源时，若未进行加锁处理，就会造成资源的不一致性。

为了制服这种混乱的竞争局面，他必须借助 synchronized 的力量，确保对共享资源的访问是有序的串行操作。他迅速从手机中调出相关代码，并将其具象化，只见手机屏幕上光芒闪烁，synchronized 锁链开始在 Thread 河流的两岸缓缓显现。

public class Counter {
    private int count = 0;
    
    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

随着锁链的逐渐成型，河流中的混乱局面得到了有效控制。每一个试图访问共享count的线程，都必须先获取那至关重要的锁，完成操作后再释放，这就确保了同一时刻只有一个线程能够对count值进行修改。渐渐地，河流中的波动逐渐平息，线程不再肆意碰撞，线程同步机制成功避免了竞态条件的发生，Thread 河流变得平静而有序。

竞态秃鹫的出现

就在橙序员准备继续前行时，突然，一声尖锐的鸣叫划破长空，一只巨大的竞态秃鹫如黑色的闪电般从天而降，径直扑向他面前的资源，其犀利的眼神中透露出对资源的贪婪。

“竞态秃鹫！” 橙序员瞬间警觉起来，全身的神经都紧绷着。他心里明白，这只秃鹫代表着并发编程中的竞态问题，一旦资源访问出现不当，它就会像幽灵般突然出现，带来难以预料的错误。

他迅速拿出手机，毫不犹豫地选择了 “volatile 的闪光信标” 来应对这场危机。volatile关键字就像是一把神奇的钥匙，能够保证多线程之间的内存可见性，即当一个线程修改了共享变量时，其他线程能够在第一时间看到修改后的结果，避免了线程之间因为 “视野错乱” 而产生的问题。

public class SharedResource {
    private volatile boolean flag = false;

    public void toggleFlag() {
        flag =!flag;
    }

    public boolean getFlag() {
        return flag;
    }
}

刹那间，屏幕上一道橙色的闪光信标亮起，光芒照亮了整个峡谷。竞态秃鹫在这耀眼信号的干扰下，逐渐迷失了方向，开始远离共享资源。通过使用volatile，所有线程都能确保读取到最新的变量值，成功避免了内存的缓存问题，从而消除了竞态秃鹫带来的威胁。

线程状态：NEW/RUNNABLE/BLOCKED

橙序员继续小心翼翼地前行，峡谷深处，几座巨大的石门突兀地出现在眼前，每一座门上都刻着不同的符文：NEW、RUNNABLE、BLOCKED，这些符文将峡谷重的大门牢牢锁住，想要走出峡谷，就得将这些符文一一收集。

“这些符文代表着线程的不同状态。” 橙序员在心中默默回忆，“NEW 表示线程刚刚被创建，尚未启动；RUNNABLE 表示线程已经准备好执行，正处于就绪队列中跃跃欲试；BLOCKED 则表示线程由于获取锁失败而被暂时阻塞，无法继续执行。”

他缓缓走近符文，手机屏幕上立刻显示出相应的线程状态变化说明：

NEW：线程创建时处于此状态，就像一个蓄势待发的运动员，还未踏上起跑线。
RUNNABLE：线程准备执行，如同站在起跑线上，只等一声令下就全力冲刺，处于就绪队列中。
BLOCKED：线程由于获取锁失败而被阻塞，就像运动员在比赛中遇到了障碍物，无奈进入阻塞队列等待。

“我必须确保线程能够在正确的状态下流转。” 橙序员紧锁眉头，陷入了沉思，片刻后，他决定通过使用线程池来优化资源的使用，提高线程管理的效率。

线程池：优化资源消耗

为了避免频繁地创建和销毁线程，造成系统资源的大量浪费，橙序员决定借助线程池这一强大的工具来管理线程。线程池就像是一个高效的调度中心，通过复用线程，大大减少了系统资源的开销，避免了过度的线程创建和销毁所带来的性能损失。

他在手机上熟练地输入了以下代码：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

for (int i = 0; i < 100; i++) {
    executor.submit(() -> {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is executing");
    });
}

executor.shutdown();

随着代码的输入完成，屏幕上，线程池的机械装置开始有条不紊地运作起来。十个线程被合理地管理和分配任务，每个线程在完成任务后并不会被轻易销毁，而是被回收复用，就像训练有素的士兵，随时准备接受新的任务。通过线程池，橙序员成功将线程符文一一收集，最终通过了峡谷的符文大门。

线程通信：wait/notify 的烽火信号系统

橙序员继续向峡谷深处进发，一座座高大的信号塔突然出现在眼前，只见塔上挂着一面巨大的烽火旗，旗帜时而缓缓升起，时而迅速降落，仿佛在传递着某种神秘的信息，这些信号塔的尽头连接这本次峡谷的出口大门。

“看来我不得不修复这些信号塔了，等等，我可以用wait/notify 机制。” 橙序员心中一动，瞬间意识到这其中的奥秘。wait()和notify()就像是线程之间沟通的桥梁，用于协调多个线程之间的通信。wait()线程进入等待状态，就像烽火台下的士兵，静静地等待着信号；直到接收到另一个线程的通知，即notify()，才会被唤醒，重新投入行动。

他通过手机输入了一个小例子：

class SharedResource {
    private boolean ready = false;

    public synchronized void waitForSignal() throws InterruptedException {
        while (!ready) {
            wait();
        }
        System.out.println("Thread received the signal!");
    }

    public synchronized void sendSignal() {
        ready = true;
        notify();
    }
}

当一个线程调用wait()时，它就像烽火台下待命的士兵，进入等待状态，直到接收到信号（notify()）才会被唤醒。这就像是一个精心设计的烽火信号系统，能够确保线程间的协调和资源共享，避免了线程资源的无谓浪费。这些信号塔在wait/notify 机制下，逐个将开门信号传递到出口大门，最终峡谷出口缓缓打开~

神秘商人现身

橙序员正沉浸在打开峡谷出口的喜悦中，突然，神秘商人那熟悉的身影出现在峡谷的尽头，他面带微笑，步伐轻盈地朝着橙序员走来。

“看来你已经掌握了并发编程的基本机制。” 商人的声音温和而亲切，“不过，现代并发编程的挑战远不止这些。你是否听说过虚拟线程？”

“虚拟线程？” 橙序员眼中闪过一丝好奇，迫不及待地问道。

商人递给他一颗闪烁着奇异光芒的水晶，上面清晰地写着：“虚拟线程（Loom 项目），它能够以更轻量级的方式管理并发，提高性能。” 接着商人开始讲解：“虚拟线程是一种革命性的技术，它可以让你轻松创建大量线程，而不用担心高昂的资源开销。比如说，传统的线程创建和管理方式可能会因为资源有限而受到限制，但虚拟线程就不一样。假设我们要处理大量的用户请求，使用传统线程可能会像这样：”

// 传统线程处理大量用户请求示例
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    Thread thread = new Thread(() -> {
        // 处理用户请求的逻辑
        System.out.println("Handling user request in traditional thread: " + Thread.currentThread().getName());
    });
    thread.start();
}

“这样的代码在创建大量线程时，很容易导致资源耗尽，程序崩溃。而使用虚拟线程（这里以 JDK 21 的虚拟线程示例代码），情况就大不相同：”

// 虚拟线程处理大量用户请求示例
ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    executor.submit(() -> {
        // 处理用户请求的逻辑
        System.out.println("Handling user request in virtual thread: " + Thread.currentThread().getName());
    });
}
executor.shutdown();

“你看，通过虚拟线程，我们可以轻松创建数以万计的线程，它们占用的资源极少，却能高效地处理任务，大大提升了程序的并发处理能力。” 商人耐心地解释道。

“这将是并发编程的新革命。” 商人微笑着说完，便如一阵清风般消失在峡谷深处。

橙序员紧紧握着手中的水晶，心中充满了对未来的期待，带着满满的收获，继续坚定地前行。

在并发峡谷的尽头，橙序员终于掌握了并发编程的核心技术，他知道，这片峡谷虽然险峻无比，但通过正确的工具和深入的理解，他已经成功跨越了这道难关，向着更高的技术境界迈进。

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