Java 多线程

引言

　　进程：一个正在执行中的程序，动态的，是系统进行资源分配和调度的独立单位。

　　线程：进程中一个独立的控制单元，线程控制着进程的执行。一个进程中至少有一个线程。

创建线程

　　创建线程的方式：Thread、Runable

　　　　1. 继承 Thread 类三步走：定义类继承 Thread 类、重写 run 方法、调用线程的 start 方法。

　　　　2. 实现 Runable 接口三步走：定义类实现 Runable 接口、实现 run 方法、通过 Thread 类建立线程对象、start方法。

　　两种方式的区别：实现方式避免了单继承的局限性，线程代码存在接口子类的 run 方法中；继承方式线程代码存放在 Thread 子类的 run 方法中。

　　线程的生命周期：就绪状态（线程 new 后）、可执行状态（start 方法启动线程，调用 run 方法）、阻塞状态（sleep 方法 和 wait 方法）、死亡状态（stop 方法）

线程中对应方法与作用

　　1. currentThread() 方法：可返回代码段正在被那个线程调用的信息。

　　2. isAlive() 方法：判断当前线程是否处于活动状态。

　　3. getId() 方法：取得正在运行线程的唯一标识。

　　4. yieId() 方法：放弃当前CPU资源。

内存模型

　　java的内存模型，详见 JVM原理 

volatile（用来修饰被不同线程访问和修改的变量）

　　1. 内存可见性：某线程对 volatile 变量的修改，对其他线程都是可见的。即获取 volatile 变量的值都是最新的。

　　2. 禁止指令重排：JVM 在编译 Java 代码时或 CPU 在执行 JVM 字节码时，对现有指令顺序进行重新排序，优化程序的运行效率。

synchronized

　　防止多个线程同时访问这个对象。

synchronized和volatile的区别

　　1. volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的

　　2. volatile仅能实现变量的修改可见性，并不能保证原子性；synchronized则可以保证变量的修改可见性和原子性

　　3. volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞

　　4. volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化

wait和sleep方法

　　1. wait方法：属于Object类中的方法，会释放锁

　　2. sleep方法：属于Thread类中的方法，仅仅释放资源，不会释放锁

线程池

　　线程池为线程生命周期开销问题和资源不足问题提供了解决方案。通过对多个任务重用线程，线程创建的开销被分摊到了多个任务上。其好处是，因为在请求到达时线程已经存在，所以无意中也消除了线程创建所带来的延迟。这样，就可以立即为请求服务，使应用程序响应更快。而且，通过适当地调整线程池中的线程数目，也就是当请求的数目超过某个阈值时，就强制其它任何新到的请求一直等待，直到获得一个线程来处理为止，从而可以防止资源不足。

使用线程池的风险

　　1. 死锁

　　2. 资源不足

　　3. 并发错误

　　4. 线程泄漏

　　5. 请求过载

常用的几种线程池

　　java.util.concurrent包中提供了多种线程池的创建方式，我们可以直接使用ThreadPoolExecutor类直接创建一个线程池，也可以使用Executors类创建，下面我们分别说一下这几种创建的方式。

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。

　　这种类型的线程池特点是：

• 工作线程的创建数量几乎没有限制(其实也有限制的,数目为Interger. MAX_VALUE), 这样可灵活的往线程池中添加线程。
• 如果长时间没有往线程池中提交任务，即如果工作线程空闲了指定的时间(默认为1分钟)，则该工作线程将自动终止。终止后，如果你又提交了新的任务，则线程池重新创建一个工作线程。
• 在使用CachedThreadPool时，一定要注意控制任务的数量，否则，由于大量线程同时运行，很有会造成系统瘫痪。

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
   final int index = i;
   try {
    Thread.sleep(index * 1000);
   } catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
    public void run() {
     System.out.println(index);
    }
   });
  }
 }
}

newFixedThreadPool

　　创建一个指定工作线程数量的线程池。每当提交一个任务就创建一个工作线程，如果工作线程数量达到线程池初始的最大数，则将提交的任务存入到池队列中。

　　FixedThreadPool是一个典型且优秀的线程池，它具有线程池提高程序效率和节省创建线程时所耗的开销的优点。但是，在线程池空闲时，即线程池中没有可运行任务时，它不会释放工作线程，还会占用一定的系统资源。

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
   final int index = i;
   fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
    public void run() {
     try {
      System.out.println(index);
      Thread.sleep(2000);
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
   });
  }
 }
}

newSingleThreadExecutor

　　创建一个单线程化的Executor，即只创建唯一的工作者线程来执行任务，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。如果这个线程异常结束，会有另一个取代它，保证顺序执行。单工作线程最大的特点是可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
   final int index = i;
   singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
    public void run() {
     try {
      System.out.println(index);
      Thread.sleep(2000);
     } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
     }
    }
   });
  }
 }
}

newScheduleThreadPool

　　创建一个定长的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，支持定时及周期性任务执行。

　　延迟3秒执行，延迟执行

package test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
  scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
   public void run() {
    System.out.println("delay 3 seconds");
   }
  }, 3, TimeUnit.SECONDS);
 }
}

　　表示延迟1秒后每3秒执行一次

package test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
 public static void main(String[] args) {
  ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
  scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
   public void run() {
    System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
   }
  }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
 }
}