Java线程和线程池

Posted 2021-01-15 MalcolmF

一、Java线程

　　几个概念：

　　进程：一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程。一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。一个进程一直运行，直到所有的非守护线程都结束运行后才能结束。

　　线程： 一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。 

　　多线程：在一个进程中创建多个线程，用多线程只有一个目的，那就是更好的利用cpu的资源，如磁盘IO，网络，计算等。

　　并行与并发：

• • 　　并行：多个cpu实例或者多台机器同时执行一段处理逻辑，是真正的同时，如Hadoop中MapReduce的并行计算等；
  • 　　并发：通过cpu调度算法，让用户看上去同时执行，实际上从cpu操作层面不是真正的同时，而是cpo对于多个线程进行cpu资源的调度；

　　线程的创建方式：

new Thread(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
    }
}).start();

　　线程的状态：

　　　　线程在Running的过程中可能会遇到阻塞(Blocked)情况

1. 1. 调用join()和sleep()方法，sleep()时间结束或被打断，join()中断,IO完成都会回到Runnable状态，等待JVM的调度。
   2. 调用wait()，使该线程处于等待池(wait blocked pool),直到notify()/notifyAll()，线程被唤醒被放到锁定池(lock blocked pool )，释放同步锁使线程回到可运行状态（Runnable）
   3. 对Running状态的线程加同步锁(Synchronized)使其进入(lock blocked pool ),同步锁被释放进入可运行状态(Runnable)。

　　　　此外，在runnable状态的线程是处于被调度的线程，此时的调度顺序是不一定的。Thread类中的yield方法可以让一个running状态的线程转入runnable。

　　线程安全：多线程在并发情况下对于共用的属性进行操作时，会出现线程不安全现象，因此，我们需要对操作公共属性的代码或者方法进行同步锁，以保证属性的线程安全。通常，我们使用synchronized关键字来实现同步锁：

　　synchronized对于代码块的使用：

public class Thread1 implements Runnable {
   Object lock;
   public void run() {  
       synchronized(lock){
         ..do something
       }
   }
}

　　synchronized对于方法的使用：

public class Thread1 implements Runnable {
   public synchronized void run() {  
        ..do something
   }
}

　　使用wait和notify来实现：

/**
   * 生产者生产出来的产品交给店员
   */
  public synchronized void produce()
  {
      if(this.product >= MAX_PRODUCT)
      {
          try
          {
              wait();  
              System.out.println("产品已满,请稍候再生产");
          }
          catch(InterruptedException e)
          {
              e.printStackTrace();
          }
          return;
      }

      this.product++;
      System.out.println("生产者生产第" + this.product + "个产品.");
      notifyAll();   //通知等待区的消费者可以取出产品了
  }

  /**
   * 消费者从店员取产品
   */
  public synchronized void consume()
  {
      if(this.product <= MIN_PRODUCT)
      {
          try 
          {
              wait(); 
              System.out.println("缺货,稍候再取");
          } 
          catch (InterruptedException e) 
          {
              e.printStackTrace();
          }
          return;
      }

      System.out.println("消费者取走了第" + this.product + "个产品.");
      this.product--;
      notifyAll();   //通知等待去的生产者可以生产产品了
  }

　　如果创建多线程应用，每次都new Thread对象的话，会有很多的弊端，如：

　　a. 每次new Thread新建对象性能差。
　　b. 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
　　c. 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。

　　因此，java提供线程池的方式，用于创建线程任务，并对线程任务进行管理，如获取执行状态，销毁线程等等。

 

线程管理类：

　　Executor（顶级接口）：

　　　　并发编程的一种编程方式是把任务拆分为一系列的小任务，即Runnable，然后将这些任务提交给一个Executor执行，Executor.execute(Runnalbe) 。Executor在执行时使用其内部的线程池来完成操作。execute没有返回值。

　　Executor的子接口有：

　　　　ExecutorService、ScheduledExecutorService

　　Executor的已知实现类：

　　　　AbstractExecutorService、ScheduledThreadPoolExecutor、ThreadPoolExecutor。

 

　　ExecutorService（接口）：

　　　　ExecutorService接口继承了Executor接口，是Executor的扩展子接口；

　　　　ExecutorService中的submit接收的实现Runable接口的对象或者callable接口的对象；

　　　　Executor中的execute方法没有返回值，而submit方法有future返回值；

　　　　future的使用：

　　　　　　1.如果任务已经执行完成，就可以通过 Future.get() 方法获得执行结果。需要注意的是，Future.get() 方法是一个阻塞式的方法，如果调用时任务还没有完成，会等待直到任务执行结束。

　　　　　　2.可以通过Future.cancel()取消pending中的任务；

　　　　　　3.当调用 shutDown 方法时，线程池会停止接受新的任务，但会完成正在 pending 中的任务；

　　　

　　Executors（类）：

　　　　Executors 是一个工具类，类似于 Collections。提供工厂方法来创建不同类型的线程池，如：

　　　　　　newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
　　　　　　newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
　　　　　　newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
　　　　　　newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

 

　　CompletionService（类）：

　　　　使用ExecutorService类的时候，我们常维护一个list保存submit的callable task所返回的Future对象。然后在主线程中遍历这个list并调用Future的get()方法取到Task的返回值。

　　      其实除了使用ExecutorService外，还可通过CompletionService包装ExecutorService，然后调用其take()方法去取Future对象。

       　  区别：CompletionService和ExecutorService的主要的区别在于submit的task不一定是按照加入自己维护的list顺序完成的。

　　　　　　ExecutorService中从list中遍历的每个Future对象并不一定处于完成状态，这时调用get()方法就会被阻塞住，如果系统是设计成每个线程完成后就能根据其结果继续做后面的事，这样对于处于list后面的但是先完成的线程就会增加了额外的等待时间。

       　　　  而CompletionService的实现是维护一个保存Future对象的BlockingQueue。只有当这个Future对象状态是结束的时候，才会加入到这个Queue中，take()方法其实就是Producer-Consumer中的Consumer。它会从Queue中取出Future对象，如果Queue是空的，就会阻塞在那里，直到有完成的Future对象加入到Queue中。所以，先完成的必定先被取出。这样就减少了不必要的等待时间。

 

　　总结：异步计算的线程按照职责分为3类：

　　　　1. 异步计算的发起线程（控制线程）：负责异步计算任务的分解和发起，把分解好的任务交给异步计算的work线程去执行，发起异步计算后，发起线程可以获得Futrue的集合，从而可以跟踪异步计算结果。

      　　2. 异步计算work线程：负责具体的计算任务

      　　3. 异步计算结果收集线程：从发起线程那里获得Future的集合，并负责监控Future的状态，根据Future的状态来处理异步计算的结果。

 

 

参考文章：

Java中的多线程你只要看这一篇就够了

 

Java并发编程 - Executor，Executors，ExecutorService, CompletionServie,Future,Callable