掌握JAVA多线程的利器-线程池

相信大多数接触过多线程的朋友都会有这样的困惑，明明使用了多线程，为何还是一团糟？用下面两幅图再合适不过了： 理想情况下的多线程VS 现实中：

或者像这样：

像这样：

太糟心了实在是，是时候对多线程了解的更透彻一点了。我们从线程说起，

| 什么是线程

线程是比进程更小的运行单位，一个进程只少有一个(主线程)或多个线程，每个线程完成不同的任务；而每个进程都需要操作系统为其分配独立的内存地址空间，而同一进程中的所有线程在同一内存地址空间，它们共享同一块内存空间中的资源。 因此，相较进程，线程间 1.可共享数据；2.不必重新为线程分配系统资源，代价小； java中内置了多线程功能的支持，也为我们使用多线程提供了方便；

附上线程使用的方法： 1、继承Thread类 2、实现Runnable接口 3、通过Callable和Future创建线程

线程生命周期快速预览：

新建状态-》就绪-》运行-》阻塞-》死亡；

线程管理快速预览：

1.睡眠sleep；2.让步yield；3.合并join；4.设置优先级Priority；5.设置守护线程Deamon；6.正确结束线程；

线程同步快速预览： 1.使用同步方法，synchronized关键字修饰的方法； 2.使用同步代码块，synchronized关键字修饰的代码块； 3.使用volatile； 4.使用重入锁，Lock

线程通信快速预览： 1.wait()、notify()和notifyAll()方法； 2.使用Condition； 3.使用阻塞队列，BlockingQueue；

| 什么是多线程

多个线程并发执行； 字面上理解很简单，但真正做到多个线程并发执行，还是需要下功夫的，需要掌握线程的生命周期，处理好线程的同步问题，线程之间的通信，以及最最不愿看到的线程的死锁的处理。

| 为什么要用线程池:

在java中，如果每个请求到达就创建一个新线程，开销是相当大的。在实际使用中，服务器在创建和销毁线程上花费的时间和消耗的系统资源都相当大，甚至可能要比在处理实际的用户请求的时间和资源要多的多。除了创建和销毁线程的开销之外，活动的线程也需要消耗系统资源。

1.减少创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。 2.可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

| 线程池的组成：

线程池管理器、工作线程、任务列队、任务接口等部分

线程池管理器至少有下列功能：创建线程池，销毁线程池，添加新任务。 工作线程是一个可以循环执行任务的线程，在没有任务时将等待。 任务接口是为所有任务提供统一的接口，以便工作线程处理。任务接口主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等。

| 相关API

Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

ThreadPoolExecutor的完整构造方法的签名是：

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

各个参数说明： corePoolSize - 池中所保存的线程数，包括空闲线程。 maximumPoolSize - 池中允许的最大线程数。 keepAliveTime - 当线程数大于核心时，此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。 unit - keepAliveTime 参数的时间单位。 workQueue - 执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute 方法提交的 Runnable 任务。 threadFactory - 执行程序创建新线程时使用的工厂。 handler - 由于超出线程范围和队列容量而使执行被阻塞时所使用的处理程序。 ThreadPoolExecutor是Executors类的底层实现。

在JDK帮助文档中，有如此一段话：

“强烈建议程序员使用较为方便的 Executors 工厂方法 Executors.newCachedThreadPool()（无界线程池，可以进行自动线程回收）、Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小线程池） Executors.newSingleThreadExecutor()（单个后台线程），它们均为大多数使用场景预定义了设置。”

比较重要的几个类：

ExecutorService 真正的线程池接口。 ScheduledExecutorService 能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。 ThreadPoolExecutor ExecutorService的默认实现。 ScheduledThreadPoolExecutor 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。

1. newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

2. newFixedThreadPool

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

3. newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程， 那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

4. newScheduledThreadPool 创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

| 实例：

一般情况下，掌握上述几种线程池就可以了，特殊场景下要自定义一个线程池的除外。举个简单例子：

public class ExecutorTest {
    private static void doPrint(ExecutorService threadPool) {
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            final int taskID = i;
            threadPool.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                        try {
                            Thread.sleep(20);// 为了测试出效果，让每次任务执行都需要一定时间
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println("第" + taskID + "次任务的第" + i + "次执行");
                    }
                }
            });
        }
        threadPool.shutdown();// 任务执行完毕，关闭线程池
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建可以容纳3个线程的线程池
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 线程池的大小会根据执行的任务数动态分配
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        // 创建单个线程的线程池，如果当前线程在执行任务时突然中断，则会创建一个新的线程替代它继续执行任务
        ExecutorService singleThreadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();

        // 效果类似于Timer定时器
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);

//        doPrint(fixedThreadPool);
//        doPrint(cachedThreadPool);
//        doPrint(singleThreadPool);
        doPrint(scheduledThreadPool);
    }
}

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