Java必會之多線程

一、線程的基本知識

1.1 線程知識

進程和線程的關系和區別

線程：

線程是進程的基本執行單元，進程想要執行任務，必須要有線程。程序啟動默認開啟一條線程，這個線程被稱為主線程。

進程：

進程是指在系統中正在運行的一個應用程序。每個進程之間是獨立的，每個進程均運行在其專用且受保護的內存里。

線程的六個狀態：

NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED

Thread流程圖：

Thread的方法：

方法	說明
void join()	t.join() 當前線程調用其他線程的t.join（）方法，當前線程進入等待狀態，當前線程不會釋放已經持有的鎖。線程t執行完畢后，當前線程進入就緒狀態。
static native void sleep()	靜態方法，線程睡眠，並讓出CPU時間片
void wait()	當前線程調用對象的wait()方法，當前線程釋放對象鎖，進入等待隊列。依靠notify()/notifyAll()喚醒。
native void notify()	喚醒在此對象監視器上等待的單個線程，選擇是任意性的。
native void notifyAll()	發送信號通知所有等待線程

1.2 線程安全

並發的相關性質：

• 原子性：原子操作。對基本數據類型的讀取和賦值操作是原子性操作，即這些操作是不可被中斷的，要么執行，要么不執行。

• 可見性：對於可見性，java提供了volatile關鍵字來保證可見性。

  當一個共享變量被volatile修飾時，他會保證修改的值會立即被更新到主存，當有其他線程需要讀取時，他會去主存中讀取新值。

  volatile 不保證原子性。

• 有序性：Java允許編譯器和處理器對指令重排序，但是重排序不會影響到單線程的執行，卻會影響到多線程並發執行的正確性。

synchronized

使用對象頭標記字實現

使用場景：

• 修飾方法:
  一個對象中的加鎖方法只允許一個線程訪問。
• 修飾靜態方法:
  由於靜態方法是類方法，所以多個線程不同對象訪問這個靜態方法，也是可以保證同步的。
• 修飾代碼塊:
  如：synchronized(obj){...} 這里的obj可以是類中的一個屬性，也可以是對象，這時他跟修飾普通方法一樣，如果obj是Object.class這樣的,那么效果跟修飾靜態方法類似。

volatile

1. 每次讀取都強制從主內存刷數據
2. 適用場景：單個線程寫，多個線程讀
3. 原則：能不用就不用，不確定的時候也不用
4. 語義

• 可見性
• 禁止指令重排序（不完全保證有序性）
• 不能保證原子性。

為什么不保證有序性呢？舉個例子說明

上述代碼，語句1和2，不會被重排到3的后面，4和5也不會到3的前面。但是1和2的順序、4和5的順序無法保證。

final

final定義類型	說明
final class XXX	不允許繼承
final 方法	不允許Override
final 局部變量	不允許修改
final 實例屬性	構造函數、初始化塊后不能變更。只能賦值一次。構造函數結束返回時，final域最新的值保證對其他線程可見。
final static 屬性	靜態塊執行后不允許變更，只能賦值一次

二、線程池

1. Executor ：執行者 -頂層接口
2. ExecutorService ：繼承於Executor,線程池的接口API
3. ThreadFactory：線程工廠
4. Executors：工具類

submit方法和execute方法的區別：

• submit方法：有返回值，用Future封裝，執行的方法異常了可以在主線程里catch到。
• execute方法：無返回值，方法執行異常是捕捉不到的

如下圖：

ExecutorService主要方法：

構造線程池的參數

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize ：核心線程數
maximumPoolSize：最大線程數
keepAliveTime：當線程數超過了核心線程數，空閑線程需要等待多久等待不到新任務就終止。
workQueue：任務隊列
threadFactory：線程工廠
handler：拒絕策略

提交任務邏輯：

1. 判斷核心線程數
2. 加入workQueue
3. 判斷最大線程數，沒達到就創建
4. 執行拒絕策略（默認是拋異常）

緩沖隊列

1. ArrayBlockingQueue：規定大小的BlockingQueue，構造時必須指定大小
2. LinkedBlockingQueue：大小不固定的BlockingQueue，如果構造時指定大小，則有大小限制，不指定大小，則用Integer.MAX_VALUE來決定
3. PriorityBlockingQueue：類似於LinkedBlockingQueue，不同在它根據對象的自然順序或者構造函數的Comparator進行排序，不是FIFO
4. SynchronizedQueue：特殊的BlockingQueue，對其的操作必須是放和取交替完成。

拒絕策略：

1. AbortPolicy：丟棄任務並拋異常
2. DiscardPolicy：丟棄任務，不拋異常
3. DiscardOldestPolicy：丟棄隊列最前面的任務，重新提交被拒絕的任務
4. CallerRunsPolicy：由提交任務的線程處理該任務。

線程工廠（ThreadFactory）：

自定義示例：

public class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {

    private AtomicInteger count=new AtomicInteger();

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread thread=new Thread(r);
        thread.setDaemon(false);
        thread.setName("customThread-"+count.getAndIncrement());
        return thread;
    }
}

線程工具類：

1. newSingleThreadExecutor

   創建一個單線程的線程池。如果這個線程因為異常結束，那么會有一個新的線程替代它。此線程池保證所有的任務的執行順序按任務提交順序執行。

2. newFixedThreadPool

   創建固定大小的線程池。缺點：隊列使用的LinkedBlockingQueue，且沒有限制大小。

3. newCachedThreadPool

   創建一個可緩存的隊列，如果線程池大小超過了處理任務需要的線程，那么就會回收部分空閑線程。缺點：此線程池不會對線程池大小做限制。

4. newScheduledThreadPool

   創建一個大小無限的線程池。此線程池支持定時以及周期性執行任務的需求。

創建固定線程池的經驗：

假設服務器核心數為N

1. 如果是CPU密集型應用，則線程池大小設置為N或N+1
2. 如果是IO密集型應用，則線程池大小設置為2N或2N+2