1. 不可变类
如果一个对象不能够修改其内部状态(属性),那么它就是线程安全的,因为不存在并发修改啊!这样的对象在Java 中有很多,例如在 Java 8 后,提供了一个新的日期格式化类:
另一个大家更为熟悉的 String 类也是不可变的,以它为例,说明一下不可变设计的要素
发现该类、类中所有属性都是 final 的:
- 属性用 final 修饰保证了该属性是只读的,不能修改
- 类用 final 修饰保证了该类中的方法不能被覆盖,防止子类无意间破坏不可变性
2. 线程池(重要)
1. 自定义线程池
1、拒绝策略:
@FunctionalInterface // 拒绝策略
interface RejectPolicy<T> {
void reject(BlockingQueue<T> queue, T task);
}
2、定义阻塞队列:
@Slf4j(topic = "c.BlockingQueue")
class BlockingQueue<T> {
// 1. 任务队列
private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();
// 2. 锁
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 3. 生产者条件变量
private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();
// 4. 消费者条件变量
private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();
// 5. 容量
private int capcity;
//创建队列就有容量
public BlockingQueue(int capcity) {
this.capcity = capcity;
}
// 带超时阻塞获取 ,保证不需要永久等待
public T poll(long timeout, TimeUnit unit) {
//加锁
lock.lock();
try {
// 将timeout统一转换为纳秒
long nanos = unit.toNanos(timeout);
//队列为空等待
while (queue.isEmpty()) {
try {
// 返回值是剩余时间
if (nanos <= 0) {
return null;
}
nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
T t = queue.removeFirst();
fullWaitSet.signal();
return t;
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
}
// 阻塞获取
public T take() {
//加锁
lock.lock();
try {
//队列为空时等待
while (queue.isEmpty()) {
try {
emptyWaitSet.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
T t = queue.removeFirst();
fullWaitSet.signal();
return t;
} finally {
lock.unlock();
}
}
// 阻塞添加
public void put(T task) {
//加锁
lock.lock();
try {
//队列满时,等待
while (queue.size() == capcity) {
try {
log.debug("等待加入任务队列 {} ...", task);
fullWaitSet.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("加入任务队列 {}", task);
queue.addLast(task);
emptyWaitSet.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
}
// 带超时时间阻塞添加,保证无需永久等待
public boolean offer(T task, long timeout, TimeUnit timeUnit) {
//加锁
lock.lock();
try {
//将其他时间单位转换为ns
long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);
//队列尾满时等待
while (queue.size() == capcity) {
try {
if(nanos <= 0) {
return false;
}
log.debug("等待加入任务队列 {} ...", task);
//返回的是剩余时间
nanos = fullWaitSet.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("加入任务队列 {}", task);
queue.addLast(task);
emptyWaitSet.signal();
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public int size() {
lock.lock();
try {
return queue.size();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void tryPut(RejectPolicy<T> rejectPolicy, T task) {
lock.lock();
try {
// 判断队列是否满
if(queue.size() == capcity) {
rejectPolicy.reject(this, task);
} else { // 有空闲
log.debug("加入任务队列 {}", task);
queue.addLast(task);
emptyWaitSet.signal();
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
3、自定义线程池:
@Slf4j(topic = "c.ThreadPool")
class ThreadPool {
// 任务队列
private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;
// 线程集合
private HashSet<Worker> workers = new HashSet<>();
// 核心线程数
private int coreSize;
// 获取任务时的超时时间
private long timeout;
//指定时间单位
private TimeUnit timeUnit;
//拒绝策略
private RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy;
public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapcity, RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy) {
this.coreSize = coreSize;
this.timeout = timeout;
this.timeUnit = timeUnit;
this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapcity);
this.rejectPolicy = rejectPolicy;
}
// 执行任务
public void execute(Runnable task) {
// 当任务数没有超过 coreSize 时,直接交给 worker 对象执行
// 如果任务数超过 coreSize 时,加入任务队列暂存
synchronized (workers) {
if(workers.size() < coreSize) {
Worker worker = new Worker(task);
log.debug("新增 worker{}, {}", worker, task);
workers.add(worker);
worker.start();
} else {
// taskQueue.put(task);
// 1) 死等
// 2) 带超时等待
// 3) 让调用者放弃任务执行
// 4) 让调用者抛出异常
// 5) 让调用者自己执行任务
taskQueue.tryPut(rejectPolicy, task);
}
}
}
class Worker extends Thread{
private Runnable task;
public Worker(Runnable task) {
this.task = task;
}
@Override
public void run() {
// 执行任务
// 1) 当 task 不为空,执行任务
// 2) 当 task 执行完毕,再接着从任务队列获取任务并执行
// while(task != null || (task = taskQueue.take()) != null) {
while(task != null || (task = taskQueue.poll(timeout, timeUnit)) != null) {
try {
log.debug("正在执行...{}", task);
task.run();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
task = null;
}
}
synchronized (workers) {
log.debug("worker 被移除{}", this);
workers.remove(this);
}
}
}
}
4、测试:
@Slf4j(topic = "c.TestPool")
public class TestPool {
public static void main(String[] args) {
ThreadPool threadPool = new ThreadPool(2,
1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 10, (queue, task)->{
// 1. 死等
// queue.put(task);
// 2) 带超时等待
// queue.offer(task, 1500, TimeUnit.MILLISECONDS);
// 3) 让调用者放弃任务执行
// log.debug("放弃{}", task);
// 4) 让调用者抛出异常,剩余的任务不再执行
// throw new RuntimeException("任务执行失败 " + task);
// 5) 让调用者自己执行任务
task.run();
});
for (int i = 0; i < 4; i++) {
int j = i;
threadPool.execute(() -> {
try {
Thread.sleep(1000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("{}", j);
});
}
}
}
不带超时时间阻塞的结果:
17:39:15.854 c.ThreadPool [main] - 新增 workerThread[Thread-0,5,main], cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@7e0babb1
17:39:15.866 c.ThreadPool [main] - 新增 workerThread[Thread-1,5,main], cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@3cb5cdba
17:39:15.866 c.ThreadPool [Thread-0] - 正在执行...cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@7e0babb1
17:39:15.867 c.BlockingQueue [main] - 加入任务队列 cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@1134affc
17:39:15.867 c.ThreadPool [Thread-1] - 正在执行...cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@3cb5cdba
17:39:15.867 c.BlockingQueue [main] - 加入任务队列 cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@d041cf
17:39:16.867 c.TestPool [Thread-0] - 0
17:39:16.867 c.ThreadPool [Thread-0] - 正在执行...cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@1134affc
17:39:16.870 c.TestPool [Thread-1] - 1
17:39:16.870 c.ThreadPool [Thread-1] - 正在执行...cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@d041cf
17:39:17.867 c.TestPool [Thread-0] - 2
17:39:17.870 c.TestPool [Thread-1] - 3
带超时阻塞的结果:
17:42:18.392 c.ThreadPool [main] - 新增 workerThread[Thread-0,5,main], cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@7e0babb1
17:42:18.401 c.ThreadPool [main] - 新增 workerThread[Thread-1,5,main], cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@3cb5cdba
17:42:18.401 c.ThreadPool [Thread-0] - 正在执行...cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@7e0babb1
17:42:18.401 c.BlockingQueue [main] - 加入任务队列 cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@1134affc
17:42:18.401 c.ThreadPool [Thread-1] - 正在执行...cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@3cb5cdba
17:42:18.402 c.BlockingQueue [main] - 加入任务队列 cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@d041cf
17:42:19.401 c.TestPool [Thread-0] - 0
17:42:19.401 c.ThreadPool [Thread-0] - 正在执行...cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@1134affc
17:42:19.402 c.TestPool [Thread-1] - 1
17:42:19.402 c.ThreadPool [Thread-1] - 正在执行...cn.itcast.n8.TestPool$$Lambda$2/1207140081@d041cf
17:42:20.401 c.TestPool [Thread-0] - 2
17:42:20.402 c.TestPool [Thread-1] - 3
17:42:21.402 c.ThreadPool [Thread-0] - worker 被移除Thread[Thread-0,5,main]
17:42:21.404 c.ThreadPool [Thread-1] - worker 被移除Thread[Thread-1,5,main]
2. ThreadPoolExcutor线程池
1、线程状态:
2、构造方法:
- corePoolSize 核心线程数目 (最多保留的线程数)
- maximumPoolSize 最大线程数目
- keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
- unit 时间单位 - 针对救急线程
- workQueue 阻塞队列
- threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字
- handler 拒绝策略
工作方式:
- 线程池中刚开始没有线程,当一个任务提交给线程池后,线程池会创建一个新线程来执行任务。
- 当线程数达到 corePoolSize 并没有线程空闲,这时再加入任务,新加的任务会被加入workQueue 队列排队,直到有空闲的线程。
- 如果队列选择了有界队列,那么任务超过了队列大小时,会创建 maximumPoolSize - corePoolSize 数目的线程来救急。
- 如果线程到达 maximumPoolSize 仍然有新任务这时会执行拒绝策略。拒绝策略 jdk 提供了 4 种实现。
AbortPolicy :让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常,这是默认策略
CallerRunsPolicy: 让调用者运行任务
DiscardPolicy :放弃本次任务
DiscardOldestPolicy :放弃队列中最早的任务,本任务取而代之
- 当高峰过去后,超过corePoolSize 的救急线程如果一段时间没有任务做,需要结束节省资源,这个时间由keepAliveTime 和 unit 来控制。
根据这个构造方法,JDK Executors 类提供了众多工厂方法来创建各种用途的线程池:
3、newFixedThreadPool:
特点:
核心线程数 == 最大线程数(没有救急线程被创建),因此也无需超时时间
阻塞队列是无界的,可以放任意数量的任务
核心线程即使队列中没有任务了,也不会停止运行。
4、newCachedThreadPool:
- 核心线程数是 0, 最大线程数是 Integer.MAX_VALUE,救急线程的空闲生存时间是 60s,意味着全部都是救急线程(60s 后可以回收)救急线程可以无限创建
- 队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是,它没有容量,没有线程来取是放不进去的(一手交钱、一手交货)
@Slf4j(topic = "c.TestSynchronousQueue")
public class TestSynchronousQueue {
public static void main(String[] args) {
SynchronousQueue<Integer> integers = new SynchronousQueue<>();
new Thread(() -> {
try {
log.debug("putting {} ", 1);
integers.put(1);
log.debug("{} putted...", 1);
log.debug("putting...{} ", 2);
integers.put(2);
log.debug("{} putted...", 2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t1").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
try {
log.debug("taking {}", 1);
integers.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t2").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
try {
log.debug("taking {}", 2);
integers.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t3").start();
}
}
结果:在take之前,put是阻塞的:
20:39:03.553 c.TestSynchronousQueue [t1] - putting 1
20:39:04.557 c.TestSynchronousQueue [t2] - taking 1
20:39:04.558 c.TestSynchronousQueue [t1] - 1 putted...
20:39:04.558 c.TestSynchronousQueue [t1] - putting...2
20:39:05.552 c.TestSynchronousQueue [t3] - taking 2
20:39:05.552 c.TestSynchronousQueue [t1] - 2 putted...
整个线程池表现为线程数会根据任务量不断增长,没有上限,当任务执行完毕,空闲 1分钟后释放线程。 适合任务数比较密集,但每个任务执行时间较短的情况
5、 newSingleThreadExecutor:
使用场景:
希望多个任务排队执行。线程数固定为 1,任务数多于 1 时,会放入无界队列排队。任务执行完毕,这唯一的线程也不会被释放。
(1) 自己创建的单个线程和从线程池中只有一个线程有什么区别?
- 自己创建一个单线程串行执行任务,如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施,而线程池还会新建一个线程,保证池的正常工作
(2) Executors.newSingleThreadExecutor()
与Executors.newFixedThreadPool(1)
的区别?
Executors.newSingleThreadExecutor()
线程个数始终为1,不能修改
FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式,只对外暴露了ExecutorService 接口,因此不能调用 ThreadPoolExecutor 中特有的方法Executors.newFixedThreadPool(1)
初始时为1,以后还可以修改
对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象,可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行修改。
6、 提交任务:
使用Future + Callable提交任务
@Slf4j(topic = "c.TestSubmit")
public class TestSubmit {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//创建一个核心线程为3的线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
method3(pool);
}
private static void method3(ExecutorService pool) throws InterruptedException, ExecutionException {
//提交tasks中所有任务,哪个任务先成功执行完毕,返回此任务执行结果,其它任务取消
String result = pool.invokeAny(Arrays.asList(
() -> {
log.debug("begin 1");
Thread.sleep(1000);
log.debug("end 1");
return "1";
},
() -> {
log.debug("begin 2");
Thread.sleep(500);
log.debug("end 2");
return "2";
},
() -> {
log.debug("begin 3");
Thread.sleep(2000);
log.debug("end 3");
return "3";
}
));
log.debug("{}", result);
}
private static void method2(ExecutorService pool) throws InterruptedException {
//提交tasks中所有任务,用futures接收执行结果
List<Future<String>> futures = pool.invokeAll(Arrays.asList(
() -> {
log.debug("begin");
Thread.sleep(1000);
return "1";
},
() -> {
log.debug("begin");
Thread.sleep(500);
return "2";
},
() -> {
log.debug("begin");
Thread.sleep(2000);
return "3";
}
));
//遍历结果
futures.forEach( f -> {
try {
log.debug("{}", f.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
private static void method1(ExecutorService pool) throws InterruptedException, ExecutionException {
//提交任务 task,用返回值 Future 获得任务执行结果
Future<String> future = pool.submit(() -> {
log.debug("running");
Thread.sleep(1000);
return "ok";
});
log.debug("{}", future.get());
}
}
7、关闭线程池:
@Slf4j(topic = "c.TestShutDown")
public class TestShutDown {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future<Integer> result1 = pool.submit(() -> {
log.debug("task 1 running...");
Thread.sleep(1000);
log.debug("task 1 finish...");
return 1;
});
Future<Integer> result2 = pool.submit(() -> {
log.debug("task 2 running...");
Thread.sleep(1000);
log.debug("task 2 finish...");
return 2;
});
Future<Integer> result3 = pool.submit(() -> {
log.debug("task 3 running...");
Thread.sleep(1000);
log.debug("task 3 finish...");
return 3;
});
log.debug("shutdown");
// pool.shutdown();
// pool.awaitTermination(3, TimeUnit.SECONDS);
List<Runnable> runnables = pool.shutdownNow();
log.debug("other.... {}" , runnables);
}
}
8、任务调度线程池:
在『任务调度线程池』功能加入之前,可以使用 java.util.Timer 来实现定时功能,Timer 的优点在于简单易用,但由于所有任务都是由同一个线程来调度,因此所有任务都是串行执行的,同一时间只能有一个任务在执行,前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务。
@Slf4j(topic = "c.TestTimer")
public class TestTimer {
public static void main(String[] args){
method1();
}
private static void method1() {
//创建一个定时器
Timer timer = new Timer();
//task1
TimerTask task1 = new TimerTask() {
@Override
public void run() {
log.debug("task 1");
sleep(2);
}
};
//task2
TimerTask task2 = new TimerTask() {
@Override
public void run() {
log.debug("task 2");
}
};
log.debug("start...");
//使用timer添加两个任务,希望它们都在 1s 后执行
//但由于timer内只有一个线程来顺序执行队列中的任务,因此『任务1』的延时,影响了『任务2』的执行
timer.schedule(task1, 1000);
timer.schedule(task2, 1000);
}
}
通过结果中时间可以看出,任务的延时时间变成3s才执行:
21:27:13.998 c.TestTimer [main] - start...
21:27:15.004 c.TestTimer [Timer-0] - task 1
21:27:17.005 c.TestTimer [Timer-0] - task 2
而且如果第一个任务发生异常,第二个任务就不再执行。
使用 ScheduledExecutorService 改写:
@Slf4j(topic = "c.TestTimer")
public class TestTimer {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
method2(pool);
}
private static void method2(ScheduledExecutorService pool) {
pool.schedule(() -> {
log.debug("task1");
int i = 1 / 0;
}, 1, TimeUnit.SECONDS);
pool.schedule(() -> {
log.debug("task2");
}, 1, TimeUnit.SECONDS);
}
}
输出结果:即使任务1出现异常,两个延时任务也能同时执行
21:35:15.894 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - task2
21:35:15.894 c.TestTimer [pool-1-thread-2] - task1
使用 ScheduledExecutorService可以定时执行任务:
@Slf4j(topic = "c.TestTimer")
public class TestTimer {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
method3();
}
private static void method3() {
ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
log.debug("start...");
//1:延时时间,1:时间间隔
pool.scheduleAtFixedRate(() -> {
log.debug("running...");
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);
}
}
从结果可以看出:第一个任务延时1s执行,以后每隔1s执行1个任务
21:43:46.740 c.TestTimer [main] - start...
21:43:48.074 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:43:49.073 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:43:50.076 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:43:51.072 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
9、 正确处理执行任务异常:
方法1:主动捉异常
ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
pool.schedule(() -> {
try {
log.debug("task1");
int i = 1 / 0;
} catch (Exception e) {
log.error("error:", e);
}
}, 1, TimeUnit.SECONDS);
方法2:使用 Future
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);
pool.submit(() -> {
try {
log.debug("task1");
int i = 1 / 0;
} catch (Exception e) {
log.error("error:", e);
}
});