初识Java多线程

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今天开始来学习一下有关 Java 多线程的知识，主要有以下知识点：

  • 进程与线程
  • 线程的生命周期
  • 中断线程
  • 线程池

进程与线程

什么是进程？

进程就是在运行过程中的程序，就好像手机运行中的微信，QQ，这些就叫做进程。

什么是线程？

线程就是进程的执行单元，就好像一个音乐软件可以听音乐，下载音乐，这些任务都是由线程来完成的。

进程与线程的关系

一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须要有一个父进程。
线程之间共享父进程的共享资源，相互之间协同完成进程所要完成的任务。
一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程的多个线程之间可以并发执行。

线程的生命周期

  • 新建(New)

当线程实例被 new 出来之后，调用 start()方法之前，线程处于新建状态。

  • 可运行(Runnable)

当线程实例调用 start()方法之后，线程调度器分配处理器资源之前，线程处于可运行状态
或者线程调度器分配处理器资源给线程之后，线程处于运行中状态，这两种情况都属于可运行状态。

  • 等待(Waitting)

当线程处于运行状态时，线程执行了 obj.wait()或 Thread.join()方法、LockSupport.park()
以及 Thread.sleep()时，线程处于等待状态。

  • 超时等待(Timed Waitting)

当线程处于运行状态时，线程执行了 obj.wait(long)、Thread.join(long)、LockSupport.parkNanos、
LockSupport.parkUntil 以及 Thread.sleep(long)方法时，线程处于超时等待状态。

  • 阻塞(Blocked)

当线程处于运行状态时，获取锁失败，线程进入等待队列，同时状态变为阻塞。

  • 终止(Terminated)

当线程执行完毕或出现异常提前结束时，线程进入终止状态

注意：在任何给定时刻，一个可运行的线程可能正在运行也可能没有运行（这就是为什么将这个状态称为可运行而不是运行）。

中断线程

interrupt方法可以用来请求终止线程。
当对一个线程调用 interrupt 方法时，线程的中断状态将被置位为 true。这是每一个线程都具有的 boolean 标志。
每个线程都应该不时地检查这个标志，已判断线程是否被中断。

源码解析

 public void interrupt() {if (this != Thread.currentThread())
        checkAccess();// 检查权限
        
    synchronized (blockerLock) {
        // 判断线程是否被阻塞
        Interruptible b = blocker;
        if (b != null) {interrupt0();
            b.interrupt(this);// 如果是阻塞线程，则把中断状态设为 false 后返回
            return;
        }
    }
    interrupt0();// 否则把中断状态设为 true}

如果线程被阻塞，就无法检测中断状态。
当在一个被阻塞的线程（调用 sleep 或 wait）上调用 interrupt 方法时，阻塞调用将会被 Interrupt Exception 异常中断。
如果阻塞线程调用了 interrupt()方法，那么会抛出异常，设置标志位为 false，同时该线程会退出阻塞的。(利用这个特性可以打破死锁)

interrupted 和 isInterrupted 区别：

  • interrupted方法是一个静态方法，它检测当前的线程是否被中断。调用 interrupted 方法会清除该线程的中断状态。
  • isInterrupted方法是一个实例方法，可用来检测是否有线程被中断。调用这个方法不会改变中断状态。

线程池

概述

当需要执行的任务增多时，单个线程是满足不了需求的，此时就需要创建多个线程来完成需要。
多线程的最大好处就在于提高 CPU 的利用率和提高执行效率，同时也存在着一些弊端：频繁的创建和销毁线程会产生很多的性能开销。
为了解决这个问题，线程池孕育而生。

  • 复用线程池中的线程，减少创建和销毁线程的性能开销
  • 控制线程的并发数，避免对资源竞争而导致阻塞现象
  • 更好地管理线。

ExecutorService

在 Java 中，线程池的代码起源之 Executor(翻译过来就是执行者)注意: 这是一个接口。
Executor 有一个 ExecutorService 子接口。 实际上，一般说线程池接口，基本上说的是这个 ExecutorService。
ExecutorService 接口的默认实现类为ThreadPoolExecutor(翻译过来就是线程池执行者)。

ThreadPoolExecutor

翻译过来就是线程池执行器，它是线程池的真正实现，构造方法提供了一些参数来配置线程池。

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

参数详解

corePoolSize: 线程池中核心的线程数。

核心线程默认情况下会一直存活在线程池中, 即使这个核心线程啥也不干 (闲置状态)。
如果指定 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeOut 这个属性为 true，那么核心线程如果不干活 (闲置状态) 的话，超过一定时间(keepAliveTime)，就会被销毁掉。

maximumPollize: 线程池所能容纳的最大线程数。超过限制，新线程会被阻塞。

keepAliveTime: 一个非核心线程，如果不干活 (闲置状态) 的时长，超过这个参数所设定的时长, 就会被销毁掉。但是，如果设置了 allowCoreThreadTimeOut = true, 则会作用于核心线程。

unit: 超时等待时间单位。

workQueue: 线程池中的任务队列。每次执行 execute()会把 runnable 对象存储在这个队列中。如果队列满了，则新建非核心线程执行任务。

threadFactory: 线程工厂，为线程池提供创建新线程的功能。

执行任务

ThreadPoolExecutor poolExecutor;
// 初始化一个线程池
poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize: 3,
                                      maximumPoolSize: 5,
                                      keepAliveTime: 30,
                                      TimeUnit.SECONDS,
                                      new ArrayBlockingQueue<Runnable>(capacity: 2));
// 向线程池中添加任务
poolExecutor.execute(new Runnable() {public void run() {});

首先我们初始化一个线程池后，即可调用 execute 这个方法，里面传入 Runnable 即可向线程池添加任务。

问题又来了，既然线程池新添加了任务，那么线程池是如何处理这些批量任务?

  • 如果线程数量未达到 corePoolSize，则新建一个核心线程执行任务。
  • 如果线程数量达到了 corePoolSize，则将任务移入队列等待执行。
  • 如果队列已满，新建线程 (非核心线程) 执行任务。
  • 如果队列已满，总线程数又达到了 maximumPoolSize，就会由 RejectedExecutionHandler 抛出异常。

常用的线程池

Executors 提供了创建常用线程池的静态方法，接下也会大概讲解一下常用的四种线程池:

  • 定长线程池(FixedThreadPool)
  • 单线程化线程池(SingleThreadExecutor)
  • 定时线程池(ScheduledThreadPool)
  • 缓存线程池(CachedThreadPool)

FixedThreadPool

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。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads){
   return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads
                                keepAliveTime: OL, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

特点：

  • 线程数量固定
  • 只有核心线程，并且不会被回收
  • 超过 corePoolSize 的线程，他们会在队列中等待，直到有一个线程可用。
  • 适用于控制线程的最大并发数

CachedThreadPool

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。

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
   return new ThneadPoolExecutor(corePoolSize: 0, maximumPoolSize: Integer.MAX VALUE,
                                 keepAliveTime: 60L, TimeUnit. SECONDS,
                                 new SynchronousQueue<Runnable>();}

特点：

  • 无核心线程
  • 非核心线程数量无限制
  • 对于空闲线程回收灵活 // 超过 60s 没有使用则进行回收
  • 适用于大量且耗时少的任务

ScheduledThreadPool

创建一个定长任务线程池，支持定时及周期性任务执行。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
 }

特点：

  • 线程数量固定
  • 非核心数量无限制
  • 适用于定时或者周期性任务

SingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池，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。

  public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
     return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                                    keepAliveTime: 0L,
                                                    TimeUnit.MILLISECONDS,
                                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

特点：

  • 只有一个核心线程
  • 任务队列无限制
  • 不需要考虑线程同步问题
  • 适用于一些因为并发而导致问题的操作
总结

有关多线程暂且说到这里，先对多线程有个初步的认识，后面会深入研究多线程。

参考：Java 线程池

正文完
多线程
发表至： java
2019-10-26
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