JAVA总结多线程

一、概念

  1.进程：一个具有一定独立功能的程序，关于某些数据集合，一次运行活动。 两点：1、有自己的空间存储数据；2、一个程序。　　

　　　进程，是系统   进行   资源分配  和 调度  的基础单位。动态性，独立性，并发性，异步性，结构特征（程序、数据、进程控制块）

　　　进程控制块，为  管理进程  而设置的数据结构，用于描述进程过程或者进程状态的变化过程。包括：程序计数器(指令地址)、CPU暂存器(累加器、堆栈指针)等等

 2. 线程：程序执行的最小单位；单一顺序控制流程；

　　通常，一个进程包含多个线程，进程：资源分配，线程：独立运行、独立调度；

 二、状态

1. 新建状态（New）：新创建了一个线程对象。

2. 就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。

3. 运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。

4. 阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：

（一）、等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。
（二）、同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。
（三）、其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

sleep与wait的区别

1、所属类：sleep是thread的方法；wait是Object的方法；

2、锁释放：sleep方法没有释放锁，而wait方法释放了锁，使得其他线程可以使用同步控制块或者方法；

3、使用范围：wait，notify和notifyAll只能在同步控制方法或者同步控制块里面使用，而sleep可以在任何地方使用；

4、sleep必须捕获异常，而wait，notify和notifyAll不需要捕获异常；

三、线程的使用

1、多线程的实现方式--无返参

public abstract interface Runnable
{
  public abstract void run();
}

实现接口Runnable：重写run()方法，封装Thread类，并通过start()方法实现线程的启动。

public class Thread  implements Runnable

继承父类Thread：重写run()方法，实例化对象并调用start()方法，即可实现线程的启动。

而start()方法，由jvm识别并调用run()方法。

java类仅仅支持继承一个父类，但是可以实现多个接口，所以，尽量以Runnable接口的形式实现多线程。

多次调用同一线程对象的start()方法，会报错提示IllegalThreadStateException

2、多线程的实现方式--有返参

带返参的线程

public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

实现接口Callable：重写call方法

扩展接口：Future：get等方法，RunnableFuture：继承两个接口Runnable 和Future；

实现类FutureTask ：实现RunnableFuture

public abstract interface Future<V>
{
  public abstract boolean cancel(boolean paramBoolean);

  public abstract boolean isCancelled();

  public abstract boolean isDone();

  public abstract V get()
    throws InterruptedException, ExecutionException;

  public abstract V get(long paramLong, TimeUnit paramTimeUnit)
    throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

RunnableFuture接口

public abstract interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V>
{
  public abstract void run();
}

FutureTask 

Callable<String> callable = new CallableImpl("my callable test!");
FutureTask<String> task = new FutureTask<>(callable);
new Thread(task).start();
String result = task.get();

3、线程池--生产者消费者模式

 概念：综合管理线程，减少处理器的闲置时间，提高服务性能 ；尤其应用于场景：创建线程时间+销毁线程时间>线程运行时间；

 Executor 是 Java 线程池的核心接口，用来并发执行提交的任务；提供execute()方法用来提交任务；无返参；不支持取消；

public abstract interface Executor
{
  public abstract void execute(Runnable paramRunnable);
}

ExecutorService 是 Executor 接口的扩展，提供了异步执行和关闭线程池的方法；提供submit()方法用来提交任务； submit()方法可以接受Runnable和Callable接口的对象；Future对象可以实现线程的取消和返参获取；shutDown()方法关闭线程池；

public abstract interface ExecutorService extends Executor
{
  public abstract void shutdown();

  public abstract List<Runnable> shutdownNow();

  public abstract boolean isShutdown();

  public abstract boolean isTerminated();

  public abstract boolean awaitTermination(long paramLong, TimeUnit paramTimeUnit)
    throws InterruptedException;

  public abstract <T> Future<T> submit(Callable<T> paramCallable);

  public abstract <T> Future<T> submit(Runnable paramRunnable, T paramT);

  public abstract Future<?> submit(Runnable paramRunnable);

  public abstract <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> paramCollection)
    throws InterruptedException;

  public abstract <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> paramCollection, long paramLong, TimeUnit paramTimeUnit)
    throws InterruptedException;

  public abstract <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> paramCollection)
    throws InterruptedException, ExecutionException;

  public abstract <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> paramCollection, long paramLong, TimeUnit paramTimeUnit)
    throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

Executors 是一个工具类；提供工厂方法来创建不同类型的线程池；

Executor vs ExecutorService vs Executors

正如上面所说，这三者均是 Executor 框架中的一部分。Java 开发者很有必要学习和理解他们，以便更高效的使用 Java 提供的不同类型的线程池。总结一下这三者间的区别，以便大家更好的理解：

• Executor 和 ExecutorService 这两个接口主要的区别是：ExecutorService 接口继承了 Executor 接口，是 Executor 的子接口
• Executor 和 ExecutorService 第二个区别是：Executor 接口定义了 execute()方法用来接收一个Runnable接口的对象，而 ExecutorService 接口中的 submit()方法可以接受Runnable和Callable接口的对象。
• Executor 和 ExecutorService 接口第三个区别是 Executor 中的 execute() 方法不返回任何结果，而 ExecutorService 中的 submit()方法可以通过一个 Future 对象返回运算结果。
• Executor 和 ExecutorService 接口第四个区别是除了允许客户端提交一个任务，ExecutorService 还提供用来控制线程池的方法。比如：调用 shutDown() 方法终止线程池。可以通过 《Java Concurrency in Practice》 一书了解更多关于关闭线程池和如何处理 pending 的任务的知识。
• Executors 类提供工厂方法用来创建不同类型的线程池。比如: newSingleThreadExecutor() 创建一个只有一个线程的线程池，newFixedThreadPool(int numOfThreads)来创建固定线程数的线程池，newCachedThreadPool()可以根据需要创建新的线程，但如果已有线程是空闲的会重用已有线程。

4种类型的线程池

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。

　　// 创建一个可重用固定线程数的线程池  
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);  
        // 创建线程  
        Thread t1 = new MyThread();  
        Thread t2 = new MyThread();  
        // 将线程放入池中进行执行  
        pool.execute(t1);  
        pool.execute(t2);  
        // 关闭线程池  
        pool.shutdown();  

public class FutureTaskExample {
     public static void main(String[] args) {
        MyCallable callable1 = new MyCallable(1000);                       // 要执行的任务
         MyCallable callable2 = new MyCallable(2000);

        FutureTask<String> futureTask1 = new FutureTask<String>(callable1);// 将Callable写的任务封装到一个由执行者调度的FutureTask对象
         FutureTask<String> futureTask2 = new FutureTask<String>(callable2);
 
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);        // 创建线程池并返回ExecutorService实例
         executor.execute(futureTask1);  // 执行任务
         executor.execute(futureTask2);  
         
        while (true) {
            try {
                if(futureTask1.isDone() && futureTask2.isDone()){//  两个任务都完成
                    System.out.println("Done");
                    executor.shutdown();                          // 关闭线程池和服务 
                    return;
                }
                 
                if(!futureTask1.isDone()){ // 任务1没有完成，会等待，直到任务完成
                    System.out.println("FutureTask1 output="+futureTask1.get());
                }
               
                System.out.println("Waiting for FutureTask2 to complete");
                String s = futureTask2.get(200L, TimeUnit.MILLISECONDS);
                if(s !=null){
                    System.out.println("FutureTask2 output="+s);
                }
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }catch(TimeoutException e){
                //do nothing
            }
        }
    }
}